JPH09191150A - 半導体レーザ装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程の簡易化と製造歩留りの向上を図
り、信頼性の高い大出力の半導体レーザ装置とその製造
方法を提供する。 【解決手段】 ＧaＡs基板上に選択領域成長用マスクを
用いた有機金属気相成長法により膜厚を異ならせてレー
ザ素子領域と光出射領域と形成し、レーザ素子領域のレ
ーザ活性層における発振波長を０.８〜１.１μｍに設定
し、光出射領域の導波路層の禁制帯幅をレーザ活性層に
対して大きく設定することで、上記レーザ発振波長に対
して透明化する。特にレーザ活性層／導波路層をＩn_1-x
Ｇa_xＡsＰ層とし、III族元素の割合ｘを［０.５〜０.
８］に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振波長に
対して透明な光出射部を備え、その大出力化を図った半
導体レーザ装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧaＡs基板上に形成される多層膜構造の
半導体レーザ装置は、一般にその光出力を増大させる
と、端面光学破壊（Catastrophic optical damage）や
特性劣化が生じる。この為、その大出力化を図ることが
困難であり、従来の一般的な半導体レーザ装置における
最大光出力は２００ｍＷ程度である。

【０００３】このような問題を解決するべく、半導体レ
ーザ装置の光出射部を、そのレーザ発振波長に対して透
明にすることが提唱されている。例えば半導体基板上に
積層形成した多層膜の層端面である光出射面（劈開面）
に、禁制帯幅の大きな材料からなる薄膜を結晶成長させ
ることで、その光出射部をレーザ発振波長に対して透明
化し、これによって上記端面光学破壊（ＣＯＤ）を防止
することが提唱されている。

【０００４】具体的には半導体レーザ装置は、図１０に
示すように、例えばＧaＡs基板１１上に下部クラッド層
をなすｎ型ＩnＧaＰ層１２、歪量子井戸層（レーザ活性
層）としてのＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ層１３、上部クラ
ッド層をなすｐ型ＩnＧaＰ層１４、そしてコンタクト
（キャップ）層としてのｐ型ＩnＧaＡs層１５を順次積
層した多層膜構造として実現される。この半導体レーザ
素子の負電極は、ＧaＡs基板１１の裏面にＡu-Ｇe-Ｎi
／Ａu層１６を蒸着して形成され、また正電極は前記ｐ
型ＩnＧaＡs層１５の表面にＴi-Ｐt-Ａu層１７を蒸着し
て形成される。そしてこの多層膜を劈開して切り出され
る半導体レーザ素子の端面に、禁制帯幅（バンドギャッ
プエネルギ）の大きな材料、例えばＩnＧaＰ層を結晶成
長させることで透明薄膜１８が設けられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記透明薄膜
（ＩnＧaＰ層）１８の結晶成長温度は、４００〜５８０
℃程度と高く、その結晶成長過程において前記Ａu-Ｇe-
Ｎi／Ａu層１６、或いはＴi-Ｐt-Ａu層１７からなる電
極が溶解し易いという不具合がある。しかもこの透明薄
膜１８の形成時には、前記電極上にもＩnＧaＰ層が同時
に結晶成長するので、後処理として電極上に成長したＩ
nＧaＰ層の除去作業が必要になる。これ故、その製造工
程が繁雑で製造歩留りが悪いことのみならず、製造され
た半導体レーザ装置の信頼性を高めることが困難である
等の不具合があった。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、製造工程の簡易化とその製造歩
留りの向上を図ると共に、信頼性が高く、しかもその光
出力の大出力化を図り得る半導体レーザ装置とその製造
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】上記の目的を達成するべ
く本発明に係る半導体レーザ装置は、ＧaＡs基板上にＩ
nＧaＡsＰ層を量子井戸とする多層膜を成長させて実現
されるものであって、選択領域成長用マスクを用いた有
機金属気相成長法により膜厚を異ならせて形成されたレ
ーザ活性部と光出射部とを備え、前記レーザ活性部に形
成されるレーザ活性層におけるレーザ発振波長を０.８
〜１.１μｍに設定し、前記光出射部に形成される導波
路層の禁制帯幅を前記レーザ活性層に対して大きく設定
することで、上記レーザ発振波長に対して透明化したこ
とを特徴としている。

【０００８】特に請求項２に記載するように前記レーザ
活性部のレーザ活性層、および光出射部の導波路層とし
て、Ｉn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層（但し、ｘは［０＜ｘ＜
１］からなるIII族元素の割合，ｙは［０＜ｙ＜１］か
らなるＶ族元素の割合）を成長させるようにし、更に請
求項３に記載するように、そのIII族元素の割合ｘを
［０.５〜０.８］に設定したことを特徴としている。

【０００９】つまりＧaＡs基板上に選択領域成長用マス
クを用いた有機金属気相成長法により、膜厚の異なるＩ
n_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層からなるレーザ活性層と導波路層
とを形成した構造とすることで、レーザ活性層に連なる
導波路層（光出射部）をそのレーザ発振波長に対して透
明化し、大出力化を図り得る素子構造としたことを特徴
としている。

【００１０】また本発明に係る半導体レーザ装置の製造
方法は上記レーザ発振波長に対して透明な光出射部を備
えた多層膜構造の半導体レーザ装置を製作するに際し
て、請求項４に示すようにＧaＡs基板上における光出射
部の形成領域を除いて、レーザ活性部の形成領域を挟ん
で選択領域成長用マスクを設け、或いは請求項５に示す
ようにＧaＡs基板上におけるレーザ活性部の形成領域を
所定幅に開口し、且つ該レーザ活性部の形成領域に連な
る光出射部の形成領域の開口幅を広くした選択領域成長
用マスクを前記ＧaＡs基板上に設け、このような選択領
域成長用マスクを用いて前記ＧaＡs基板上に有機金属気
相成長法により半導体多層膜を積層形成することを特徴
とするものである。

【００１１】そして前記ＧaＡs基板上に積層形成するレ
ーザ活性部のレーザ活性層＜および光出射部の導波路層
として、Ｉn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層（但し、ｘは［０＜ｘ
＜１］からなるIII族元素の割合，ｙは［０＜ｙ＜１］
からなるＶ族元素の割合）を領域選択成長させることを
特徴としている。この際、レーザ発振波長に対して透明
化する導波路の長さを規定するべく、前記レーザ活性部
の形成領域を規定するマスクの端部と、光出射端面とな
す部位との距離を１００μｍ以上確保することが望まし
い。またマスクを用いた選択領域成長により、レーザ活
性部と光出射部との膜厚を効率的に異ならせて光出射部
における導波路の禁制帯幅を大きく広げるべく、特にII
I族元素の内、マスクに依存する選択成長速度の変化の
大きいインジウム（Ｉn）の割合を、歪みが生じない程
度に大きくすることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態に係る半導体レーザ装置とその製造方法について
説明する。この実施形態に係る半導体レーザ装置は、例
えばｎ型のＧaＡs基板上に選択領域成長用マスクを用い
た有機金属気相成長法により、レーザ活性部とこれに連
なる光出射部とを膜厚の異なる多層膜として一体に集積
形成したものである。特にレーザ活性部におけるレーザ
活性層と、光出射部における導波路層とを膜厚の異なる
ＩnＧaＡsＰ層とし、レーザ活性層での発振波長を０.８
〜１.１μｍ、望ましくは０.９８μｍとし、また前記導
波路層の禁制帯幅を広くすることで上記レーザ発振波長
に対して該導波路層を透明化し、これによってその大出
力化を図ったものである。

【００１３】しかもこのような構造の半導体レーザ装置
を、以下に説明するように選択領域成長用マスクを用い
た有機金属気相成長法を積極的に利用し、且つこれによ
って前記ＧaＡs基板上に選択成長される多層膜半導体層
の組成を工夫することで、簡易な製造工程の下で、その
特性の向上を図りながら、信頼性良く製造することを特
徴としている。

【００１４】図１は本発明に係る半導体レーザ装置を製
造する上で用いられる選択領域成長用マスク１９の平面
構成を示すもので、例えばｎ型のＧaＡs基板１１上にプ
ラズマＣＶＤ（気相成長）法により成長させた厚さ約１
００ｎｍのＳiＯ₂膜を、緩衝フッ酸を用いたフォトリソ
グラフ法によりパターニングすることで、矩形状マスク
パターンの並びとして形成される。

【００１５】この選択領域成長用マスク１９は、ｎ型Ｇ
aＡs基板１１上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法に
より順次積層形成する、レーザ活性層や導波路層を規定
する上で重要な役割を果たすもので、ＧaＡs基板１１上
におけるレーザ活性部の形成領域および光出射部の形成
領域に応じたマスクパターンとして形成される。即ち、
選択領域成長用マスク１９はＧaＡs基板１１上に多数、
マトリックス状に形成しようとする半導体レーザ装置の
配列に沿って設定される、例えば幅１０μｍのストライ
プ状の素子形成領域１１ｂ,１１ｃをそれぞれ挟んで平
行に、且つ隣接する素子分離領域１１ａで分離する如く
並べられた幅５０μｍ、長さ１４００μｍの矩形状マス
クパターン１９ａの並びとして実現されている。特にこ
れらの矩形状マスクパターン１９ａは、特に上記ストラ
イプ状の素子形成領域１１ｂ,１１ｃ中のレーザ活性部
の形成領域（レーザ活性領域）１１ｂを挟んで設けら
れ、レーザ活性部に連なる光出射部の形成領域１１ｃの
両側は、長さ６００μｍに亘るマスク無し領域１９ｂと
して設定されている。

【００１６】尚、上記矩形状マスクパターン１９ａ（レ
ーザ素子領域１１ｂ）の長さは、例えばレーザ活性部の
形成領域１１ｂに２つの半導体レーザ装置のレーザ活性
部を背中合わせに２個形成しようとする場合、該半導体
レーザ装置におけるレーザ活性部の縦方向の長さ（レー
ザ活性領域長）の２倍として設定される。またマスク無
し領域１９ｂの長手方向の長さは、上記レーザ活性部に
連ねて一体形成する光出射部（導波路）の長さの２倍以
上を見込んで設定される。即ち、この例ではレーザ活性
領域長を７００μｍ、これに連なる光出射部の導波路長
を３００μｍとする半導体レーザ装置を、幅１０μｍの
ストライプ状の素子形成領域１１ｂ,１１ｃに連続的に
並べて形成するべく、前記幅５０μｍ，長さ１４００μ
ｍの矩形状マスクパターン１９ｂを上記素子形成領域１
１ｂ,１１ｃ挟んでその長手方向に６００μｍの間隔を
空けて配列している。

【００１７】さて上述した如きパターンの選択領域成長
用マスク１９をｎ型ＧaＡs基板１１上に形成したなら
ば、この選択領域成長用マスク１９を用いて、例えば減
圧有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を使用して、前記
ｎ型ＧaＡs基板１１上に以下の半導体層を順次選択領域
成長させる。即ち、図２(ａ)に示すように先ず下部クラ
ッド層１２としてｎ型ＩnＧaＰ層を成長させ、その上に
光閉じ込め層と歪量子井戸層とを含むレーザ活性層１３
として、例えばＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ層を成長させ
る。しかる後、その上に上部クラッド層１４としてｐ型
ＩnＧaＰ層を成長させ、最後にコンタクト層１５として
ｐ型ＩnＧaＡs層を成長させる。

【００１８】このとき図２(ａ)にマスク領域において幅
方向に切断した断面素子構造を示すように前記選択領域
成長用マスク１９上には多層膜が形成されることがな
い。また選択領域成長用マスク１９に依存する選択領域
成長法の性質により、図３(ａ)に素子形成領域１１ａに
おいて長手方向に切断した断面素子構造を示すように、
選択領域成長用マスク（矩形状マスクパターン１９ｂ）
１９に挟まれているレーザ活性部の形成領域１１ｂに比
較して、矩形状マスクパターン１９ｂに挟まれていない
光出射部の形成領域１１ｃ（マスク無し領域１９ｂに挟
まれる領域）ではその膜厚が薄くなる。また上記レーザ
活性部の形成領域１１ｂでは、III族のインジウム（Ｉ
n）成分が積極的に取り込まれて禁制帯幅（バンドギャ
ップエネルギ）が小さくなり、選択領域成長用マスク１
９に挟まれていない光出射部の形成領域１１ｃでは（Ｉ
n）成分の取り込み量が制限されてその禁制帯幅が大き
くなっている。

【００１９】以上のように多層膜を形成したならば、次
に緩衝フッ酸を使用して前記選択領域成長用マスク１９
を除去した後、プラズマＣＶＤ法を使用してその全面に
再びＳiＯ₂膜を形成する。そして緩衝フッ酸を用いたフ
ォトリソグラフ法により、前記コンタクト層１５上にだ
けＳiＯ₂膜を残留させて図２(ｂ)に示すようにエッチン
グマスク２０を形成する。

【００２０】しかる後、このエッチングマスク２０を使
用して、ＩnＧaＡs層に対するエッチング液として酒石
酸を用い、またＩnＧaＰ層に対するエッチング液として
塩酸を用いて、図２(ｂ)に示すようにコンタクト層１５
から上部グラッド層１４の途中までをエッチング除去
し、ストライプ状の素子形成領域１１ａ（レーザ活性部
の形成領域１１ｂおよび光出射部の形成領域１１ｃ）に
積層形成された多層膜を逆メサ状にする。

【００２１】その後、光出射部の形成領域１１ｃ上のエ
ッチングマスク２０を除去し、レーザ活性部の形成領域
１１ｂに残されているエッチングマスク２０を用いて上
記光出射部の形成領域１１ｃ上のコンタト層１５を除去
した後、該エッチングマスク２０を一旦除去する。しか
る後、図３(ｂ)に示すように、上記の如くコンタクト層
１５を除去した領域（光出射部の形成領域１１ｃ）にの
みＳiＯ₂膜を形成し、これを電流遮断層２１とする。こ
の電流遮断層２１の形成は、その前面にＳiＯ₂膜を形成
した後、コンタクト層１５を除去した領域にのみＳiＯ₂
膜を残留させるようにエッチング処理するようにすれば
良い。

【００２２】次いで、図２(ｃ)に示すように逆メサ状と
した前記多層膜の両側にポリイミド膜を形成して、これ
を電流狭窄層２２とする。以上のようにして電流遮断層
２１および電流狭窄層２２を形成した後、前記ｎ型Ｇa
Ａs基板１１の裏面を研磨してその厚さを１００μｍ程
度に設定し、例えば図３(ｃ)に示すように該ＧaＡs基板
１１の裏面側にＡu-Ｇe-Ｎi／Ａu層よりなる負電極１６
を蒸着形成し、また電流遮断層２１を含んで前記コンタ
クト層１５上にＴi-Ｐt-Ａu層よりなる正電極１７を蒸
着形成する。

【００２３】その後、上述した如く多層膜を形成したＧ
aＡs基板１１を、前記選択領域成長用マスク１９に長手
方向に挟まれたマスク無し領域１９ｂの中央（図１に示
すラインＡ）、および選択領域成長用マスク１９の長手
方向の中央（図１に示すラインＢ）にてそれぞれ劈開し
て、その劈開面を光出射端面および光反射端面とするレ
ーザダイオードバーを製造する。そしてラインＡに示す
劈開面（光出射端面）に、図３(ｃ)に示すように反射率
５％のＳiＯ₂膜よりなる低反射膜２３を形成し、またラ
インＢに示す劈開面（光反射面）には反射率９５％の高
反射膜２４、例えばＳiＯ₂膜とアモルファスシリコン膜
との積層体を形成する。

【００２４】次いで半導体レーザ装置の幅方向の境界で
ある選択領域成長用マスク１９の中央（図１に示すライ
ンＣ）でダイオードバーを切断して個々の半導体レーザ
装置を切り出し、レーザ発振波長に対して透明な光出射
部を備えた半導体レーザ装置を完成する。尚、光出射方
向は図３(ｃ)における矢印Ｌとなる。以上の工程をもっ
て製造された半導体レーザ装置によれば、レーザ活性部
におけるレーザ活性層に比較して光出射部における導波
路層のＩn成分が少なくなっており、その禁制帯幅が大
きなっているので、レーザ発振波長に対して透明となっ
ている。しかも上記導波路層の上面が電流遮断層２１に
よって覆われているので、端面光学破壊（ＣＯＤ）に対
する抵抗力が大きく、その光出力を大きくすることがで
きる。

【００２５】例えば上記の工程をもって製造した発振波
長０.９８μｍの半導体レーザ装置によれば、光出射部
における導波路の禁制帯幅が０.８８μｍ相当と大きく
なり、例えば図４にその光出力特性を示すように、６０
０ｍＡ以上を流して４００ｍＷ以上の光出力を得ても、
破壊することはない。これに比べて従来技術に係る半導
体レーザ装置にあっては、２００ｍＷ程度の光出力を得
ようとするだけで端面光学破壊（ＣＯＤ）の影響により
素子破壊する。

【００２６】また前述した如く製造される発振波長０.
９８μｍの半導体レーザ装置において、禁制帯幅を大き
くした導波路領域の長さを３００μｍ以上（選択領域成
長用マスク１９の長手方向の距離が６００μｍであ
る。）としたのは、そのスポットサイズ拡大の効果が十
分発揮されるようにする為である。また上記半導体レー
ザ装置の光出射面から出射された光の強度分布は、図５
に示すようにその垂直方向の遠視野像（特性ａ）は１０
°、水平方向の遠視野像（特性ｂ）は７°であった。こ
の特性から明らかなように、従来の半導体レーザ装置に
比較して円形の狹出射ビームを得られることが確認され
た。

【００２７】ところで前述した選択領域成長用マスク１
９を用いたＭＯＣＶＤによる気相成長のマスク効果は一
般的にIII族原料の、特にインジウム（Ｉn）において顕
著に生じ、ガリウム（Ｇa）における効果は比較的少な
い。従って従来一般的な発振波長１μｍ付近の半導体レ
ーザ装置において、その歪量子井戸層として多く用いら
れているＩn_1-xＧa_xＡs（ｘ＝０.８〜０.９）にあって
は、Ｉnの組成が少ないので、十分な選択領域成長の効
果が期待できないことがある。逆に選択領域成長の効果
を増大させるべく、例えば上記Ｉnの組成割合を大きく
した場合、所望とするレーザ発振波長を得ようとする
と、歪が非常に大きくなる等の新たな問題が生じる。

【００２８】そこで本発明に係る半導体レーザ装置の好
ましい実施態様としては、特に歪量子井戸層（レーザ活
性層）の形成材料として、例えばＩn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y
（ｘ＝０.７，ｙ＝０.６５）を用いることが好適であ
る。即ち、幅５０μｍの選択領域成長用マスク１９を１
０μｍのギャップを隔てて設けたときの、該マスク１９
によって挟まれる領域（レーザ活性部の形成領域、以下
マスク領域と称す）に成長するIII族の組成ｘと、マス
ク１９を形成していない領域（光出射部の形成領域、以
下平坦領域と称す）とに成長するIII族の組成ｘoとの差
［ｘ−ｘo］、およびその膜厚の比［ｄ／ｄo］のIII族
組成ｘoに対する依存性は、図６に示すようになる。

【００２９】上記III族の組成ｘは、前述したＩn_1-xＧa
_xＡs_yＰ_1-yの場合、［Ｇa／(Ｇa＋Ｉn)］として示され
るものであり、図６の横軸において左側となる程、Ｉn
の組成が多くなることを示している。するとこの図６か
らはＩnの組成が多くなる程、膜厚の比が大きくなり、
選択領域成長のマスク効果により膜厚変化が大きくなる
ことが示される。またその組成変化については、Ｉnと
Ｇaの量がほぼ等しいときに最も大きくなることが分か
る。

【００３０】従ってこのような知見に基づいて本発明の
好ましい実施形態としては、III族の組成ｘを変化させ
てＩn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層からなる量子井戸を形成する
ようにすれば良い。ちなみに上記Ｉn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y
層からなる量子井戸を製作したときの前記マスク領域と
平坦領域とにおける各層のバンドギャップエネルギ差
［Ｅg−Ｅgo］は図７に示すようになる。但し、このと
きのＶ族の組成は、マスク領域においてその膜厚が９ｎ
ｍ，そのレーザ発振波長（発光波長）が０.９７μｍと
なるように設定した。

【００３１】ところで量子井戸層のバンドギャップはそ
の膜厚と組成によって決定されるので、そのバンドギャ
ップの変化量は前述した図６に示した組成変化と、膜厚
変化を合わせた傾向を示すことになる。従ってマスク１
９を用いた選択領域成長によるバンドギャップ（禁制帯
幅）の変化量は、量子井戸層をなすIII族の組成に大き
く依存することになる。

【００３２】ちなみに従来の半導体レーザ装置で専ら用
いられているＩnＧaＡs量子井戸層（ｘ＝０.８５）で
は、マスク効果による膜厚の増大は１.５９倍程度であ
り、組成変化は（ｘ＝０.８５→０.８４）程度である。
またそのときのバンドギャップの変化量は、マスク領域
が９７０ｎｍ，平坦領域が９４０ｎｍの場合で、４０ｍ
ｅＶ程度である。これに対して本発明に係る半導体レー
ザ装置の如くＩnＧaＡsＰ量子井戸層（ｘ＝０.７，ｙ＝
０.６５）の場合、マスク効果による膜厚の増大は１.６
３倍にもなり、また組成変化は（ｘ＝０.７→０.５５）
と大きくなる。しかもそのときのバンドギャップの変化
量は、マスク領域が９７０ｎｍ，平坦領域が９１０ｎｍ
の場合で７５ｍｅＶにも達し、前述したＩnＧaＡs量子
井戸層の場合の約２倍の増大を図ることが可能となる。

【００３３】尚、図６に示す特性の条件ではバンドギャ
ップの変化量は、III族の組成ｘが（ｘ＝０.４５）付近
で最大となる。そしてＩnＧaＡs量子井戸層に比べて２
倍以上の変化が期待できるIII族の組成範囲は（ｘ＝０.
１５〜０.７）、また１.５倍以上の変化が期待できるII
I族の組成範囲は（ｘ＝０.０５〜０.７８）であること
が分かる。しかしその組成ｘを小さくすると、これに伴
って歪が大きくなるので、実用的で良好な特性が規定で
きる組成範囲は概ね（ｘ＝０.５〜０.８）であると言え
る。

【００３４】従って発振波長０.９８μｍの大出力半導
体レーザ装置を実現する場合には、より具体的には、例
えばｎ型ＧaＡs基板上にＳiＮ誘電体膜を全面形成し、
これをパターニングして前述したマスク幅５０μｍの選
択領域成長用マスク１９（矩形状マスクパターン１９
ｂ）を１０μｍ間隔で形成する。次いでこの選択領域成
長用マスク１９を用いた選択領域成長により、先ずｎ型
ＩnＧaＰ下部クラッド層を２μｍ成長させる。

【００３５】そしてその上に光閉じ込め層としてバンド
ギャップ波長（１.５５ｅＶ）のＩnＧaＡsＰ層を４０ｎ
ｍ厚に形成した後、ＩnＧaＡsＰ歪量子井戸層を前記平
坦部でのIII族組成が（ｘ＝０.７），Ｖ族組成が（ｙ＝
０.６５）となるように６ｎｍ厚に形成する。更にその
上に光閉じ込め層としてバンドギャップ波長（１.５５
ｅＶ）のＩnＧaＡsＰ層を４０ｎｍ厚に成長させ、これ
をレーザ活性層／導波路層とする。

【００３６】次いでｐ型ＩnＧaＰ上部クラッド層を２μ
ｍ成長させた後、前記選択領域成長用マスク１９を除去
する。そしてその上にｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層を０.
５μｍ成長させる。尚、ｎ型ＩnＧaＰ下部クラッド層お
よびｐ型ＩnＧaＰ上部クラッド層を、領域を変えてそれ
ぞれ２段階に形成するようにすればクラッド層における
歪の発生が抑えられる。

【００３７】しかる後、前記平坦部におけるコンタクト
層を除去し、その前面にＳiＮ等の誘電体膜を形成した
後、ストライプ状のマスクを用いてフォトリソグラフに
よるエッチング処理を施して、リッジ構造の導波路を形
成する。そして最後に絶縁膜を形成し、電流注入領域を
エッチングした後、その上部に正電極、基板の下面に負
電極を形成し、その前端面に５％の反射膜、後端面に９
５％の反射膜をそれぞれ形成して半導体レーザ装置を完
成させる。

【００３８】このようにして選択領域成長を用いて製造
される上記組成／構造の半導体レーザ装置によれば、マ
スク部におけるレーザ活性層での発光波長は０.９８μ
ｍとなり、平坦部における導波路層（レーザ活性層）で
の発光波長は０.９１μｍとなって、その光出射部をレ
ーザ発振波長（０.９８μｍ）に対して透明化すること
が可能となる。しかも活性領域の幅を４μｍ、共振器長
を１０００μｍ（活性領域長８００μｍ，光出射領域長
２００μｍ）とした場合、その発振しきい値電流を２５
ｍＡと低く設定し、また５％の反射膜を形成した前端面
からの量子効率を１Ｗ／Ａとすることができ、注入電流
を１Ａ以上にしても端面破壊を生じることのない優れた
特性を得ることが確認された。

【００３９】これに対して活性層をＩnＧaＡsとした半
導体レーザ装置においては、前記平坦部での発光波長が
０.９４μｍであり、レーザ発振光を吸収するので、半
導体レーザの基本特性である発振しきい値電流、量子効
率、温度特性等に悪影響を及ぼすので、上述したＩnＧa
ＡsＰ活性層を持つ半導体レーザ装置のような良好な特
性を期待することは到底不可能である。

【００４０】また本発明に係る半導体レーザ装置によれ
ば、前述したように射出光ビームを半値幅で２０°程度
と狭幅化することができるので、例えばレンズ系を併用
することで、シングルモードの光ファイバとの結合効率
を９０％以上に高めることも容易である。この場合、例
えば光出射領域におけるリッジの幅を先細りにする等し
て、その光ビームをより円形化することにより、その結
合効率を更に高めることが可能となる。

【００４１】さて本発明に係る半導体レーザ装置を実現
する場合の更に好ましい実施形態としては、活性層の上
下に領域選択成長により形成した中間層を設けることが
望ましい。即ち、クラッド層はその機能上、或る程度の
膜厚にする必要があるが、前述した実施形態に示すよう
にＩnＧaＰ層を領域選択成長により形成すると、マスク
の或る部分とない部分とでＩnの組成比に変化が生じ
る。するとレーザ活性部または光出射部のいずれかにお
いて歪みが生じ易くなる。従って歪みのない状態でＩn
ＧaＰクラッド層を形成するには、領域選択成長によら
ずに形成することが好ましい。しかしレーザ活性層／導
波路層だけを領域選択成長により形成し、マスクを用い
ることなしにＩnＧaＰクラッド層を成長させると、上記
レーザ活性層／導波路層の形成の前後にマスクの形成と
その除去を行う必要が生じる。すると特に上記マスクの
除去時にレーザ活性層／導波路層が傷むみ易いと言う問
題が生じる。

【００４２】従って発振波長０.９８μｍの大出力半導
体レーザを実現する場合には、例えば図８に示すような
素子構造とすれば良い。より具体的には、例えばｎ型Ｇ
aＡs基板１１上に、先ずｎ型ＩnＧaＰ下部クラッド層１
２ａを２μｍ厚に形成する。次いでその上にＳiＮ誘電
体膜を全面形成し、これをパターニングして前述したマ
スク幅５０μｍの選択領域成長用マスク１９（矩形状マ
スクパターン１９ｂ）を１０μｍ間隔で形成する。

【００４３】その後、選択領域成長用マスク１９を用い
た選択領域成長により、ｎ型ＩnＧaＰ下部クラッド層１
２ｂを０.１μｍ成長させる。そしてその上に光閉じ込
め層としてバンドギャップ波長（１.５５ｅＶ）のＩnＧ
aＡsＰ層を４０ｎｍ厚に形成した後、ＩnＧaＡsＰ歪量
子井戸層を前記平坦部でのIII族組成が（ｘ＝０.７），
Ｖ族組成が（ｙ＝０.６５）となるように６ｎｍ厚に形
成する。更にその上に光閉じ込め層としてバンドギャッ
プ波長（１.５５ｅＶ）のＩnＧaＡsＰ層を４０ｎｍ厚に
成長させ、これをレーザ活性層／導波路層１３とする。

【００４４】そしてその上にｐ型ＩnＧaＰ上部クラッド
層１４ａを０.１μｍ成長させる。次いで前記選択領域
成長用マスク１９を除去した後、その全面にｐ型ＩnＧa
Ｐ上部クラッド層１４ｂを２μｍ成長させ、更にその上
にｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層１５を０.５μｍ成長させ
る。しかる後、前記平坦部におけるコンタクト層を除去
し、その前面にＳiＮ等の誘電体膜を形成した後、スト
ライプ状のマスクを用いてフォトリソグラフによるエッ
チング処理を施して、リッジ構造の導波路を形成する。
そして最後に絶縁膜を形成し、電流注入領域をエッチン
グした後、その上部に正電極１７、基板の下面に負電極
１６を形成し、更にその前端面に５％の反射膜１３、後
端面に９５％の反射膜２４をそれぞれ形成して半導体レ
ーザを完成させる。

【００４５】尚、上述したようにｎ型ＩnＧaＰ下部クラ
ッド層１２ａ,１２ｂおよびｐ型ＩnＧaＰ上部クラッド
層１４ａ,１４ｂをそれぞれ２段階に形成することによ
り、クラッド層内における歪の発生が抑えられる。特に
下部クラッド層の主体をなすｎ型ＩnＧaＰ下部クラッド
層１２ａを厚く形成した後、ｎ型ＩnＧaＰ下部クラッド
層１２ｂ、レーザ活性層／導波路層１３、およびｐ型Ｉ
nＧaＰ上部クラッド層１４ａを前記選択領域成長用マス
ク１９を用いて選択領域成長させ、その後、選択領域成
長用マスク１９をエッチング除去して上部クラッド層の
主体をなすｐ型ＩnＧaＰ下部クラッド層１４ｂを厚く形
成するので、特性の安定したクラッド層を形成すること
ができる。

【００４６】ちなみにレーザ活性層／導波路層１３だけ
を前記選択領域成長用マスク１９を用いて選択領域成長
させるようにすると、レーザ活性層／導波路層１３の成
長後に前記選択領域成長用マスク１９をエッチング除去
する際、レーザ活性層／導波路層１３に荒れが生じて、
その特性が劣化する虞がある。このような観点からも、
上述した如くクラッド層を２段階に亘って形成し、レー
ザ活性層／導波路層１３の品質を確保することが望まし
い。

【００４７】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えは選択領域成長用マスク１９とし
て図９(ａ)(ｂ)に示すようなパターン形状としても良
い。要はマスク幅とその間の開口部の幅に依存してマス
ク領域と平坦部とにおける気相成長の速度（膜厚）が変
化するので、その仕様に応じてレーザ素子の形成領域と
光出射部の形成領域に対するマスク幅（マスク間の開口
幅）を変えるようにすれば良い。

【００４８】また上述した実施形態ではリッジ型構造の
半導体レーザ装置としたが、埋め込み型構造であっても
良く、リッジ・埋め込み型の構造とすることも可能であ
る。またマスク１９間のギャップ（開口幅）を１０μｍ
とし、そこに選択領域成長させて形成した活性層を逆メ
サ状にエッチングしてレーザ活性領域としたが、上記ギ
ャップ幅を実際のレーザ活性層の幅程度とし、これによ
って選択領域成長で形成される活性層の全てをレーザ活
性領域として用いることも勿論可能である。更にこの実
施形態では、活性層を単一の量子井戸層として形成した
が、２層以上の多層量子井戸構造とすることも勿論可能
である。

【００４９】更に光閉じ込め層としてＩnＧaＡsＰを用
いたが、ＧaＡsＰを用いても同様な効果が得られる。し
かも実施形態に示した活性層は、（＋１.５％）程度の
圧縮歪を有するので、例えば伸張歪を有するＩnＧaＡs
ＰやＧaＡsＰを用いれば、活性層に歪補償を施してその
結晶性を良くすることができ、これによって特性の向上
を図ることも可能となる。

【００５０】またクラッド層としてＩnＧaＰに代えて、
ＡlＧaＰを用いることも勿論可能であり、更にクラッド
層内に薄いＡlＡs層を導入し、リッジ形成後にその光出
射部を選択的に酸化処理すれば、該光出射部への電流ブ
ロックをより強固なものとすることができる。更には光
出射部におけるリッジ幅を先細りとして上記選択酸化条
件を最適化すれば、活性領域の近傍の光出射部にのみ該
活性領域からの距離に応じた電流を流すように構成する
こともできる。即ち、一般的な選択領域成長においては
マスク部と平坦部との間に遷移領域が生じるので、活性
領域近傍の光出射部においてその距離に応じた光の吸収
が生じ、素子特性が劣化する虞がある。しかし上記構造
を採用すれば、このような不具合を未然に防ぐことが可
能となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明しように本発明に係る半導体レ
ーザ装置とその製造方法によれば、選択領域成長法を積
極的に用いて光出射部における導波路の禁制帯幅を大き
くし、レーザ発振波長に対して透明にしているので、そ
の製造工程を簡易化し得ることは勿論のこと、素子特性
を向上させてその大出力化を図った半導体レーザ装置を
実現することができる。しかもレーザ発振波長に対して
透明な光出射部を備えることで、出射光の広がり角度を
制御し、その遠視野像を十分狭くした円形に近い射出光
ビームを得ることができ、光ファイバとの係合効率を高
め得る等の効果が期待できる。

【００５２】特にＧaＡs基板上にＩnＧaＡsＰからなる
活性層を形成するので、光中継器として必要な発振波長
０.８〜１.１μｍの大出力半導体レーザ装置を簡易に、
しかも信頼性良く実現することができる等の実用上多大
なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の
製造に用いられる選択領域成長用マスクの平面形状を示
す図。

【図２】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の
製造方法を説明する為の図であって、製造工程に応じて
成長・加工される素子構造を、マスク領域において幅方
向に切断した状態として示す図。

【図３】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の
製造方法を説明する為の図であって、製造工程に応じて
成長・加工される素子構造を、素子形成領域において長
手（ストライプ）方向に切断した状態として示す図。

【図４】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の
光出力特性を示す図。

【図５】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置か
ら得られる出射光ビームの強度分布特性を示す図。

【図６】本発明に係る半導体レーザ装置の効果を説明す
る為の図であって、選択領域成長によりマスク領域と平
坦領域にそれぞれ成長するIII族の組成の差、およびそ
の膜厚の比のIII族組成ｘoに対する依存性を示す図。

【図７】本発明に係る半導体レーザ装置の効果を説明す
る為の図であって、III族の組成Ｘを変化させてＩnＧa
ＡsＰ量子井戸層を製作したときのマスク領域と平坦領
域とにおける各層のバンドギャップエネルギ差を示す
図。

【図８】本発明に係る半導体レーザ装置の別の実施形態
に係る素子構造を示す図。

【図９】選択領域成長用マスクの変形パターン例を示す
図。

【図１０】従来の半導体レーザ装置の素子構造を示す
図。

【符号の説明】 １１ ｎ型ＧaＡs基板 １２ 下部クラッド層（ｎ型ＩnＧaＰ層） １３ レーザ活性層（ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ層） １４ 上部クラッド層（ｐ型ＩnＧaＰ層） １５ コンタクト層（ｐ型ＩnＧaＡs層） １６ 負電極（Ａu-Ｇe-Ｎi／Ａu層） １７ 正電極（Ｔi-Ｐt-Ａu層） １８ 透明薄膜（ＩnＧaＰ膜） １９ 選択領域成長用マスク ２０ エッチングマスク（ＳiＯ₂膜） ２１ 電流遮断層（ＳiＯ₂膜） ２２ 電流狭窄層（ポリイミド膜） ２３ 低反射膜（ＳiＯ₂膜） ２４ 高反射膜（ＳiＯ₂膜とアモルファスシリコン
膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大久保 典雄 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 岩井 則広 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 二ノ宮 隆夫 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧaＡs基板上に形成された多層膜構造の
   半導体レーザ装置であって、選択領域成長用マスクを用
   いた有機金属気相成長法により膜厚を異ならせて形成さ
   れたレーザ活性部と光出射部とを備え、前記レーザ活性
   部におけるレーザ活性層はそのレーザ発振波長が０.８
   〜１.１μｍに設定され、前記光出射部における導波路
   層は前記レーザ活性層に対して禁制帯幅が大きく設定さ
   れて前記レーザ発振波長に対して透明化されていること
   を特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ活性部のレーザ活性層および
   光出射部の導波路層は、Ｉn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層（但
   し、ｘは［０＜ｘ＜１］からなるIII族元素の割合，ｙ
   は［０＜ｙ＜１］からなるＶ族元素の割合）からなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記Ｉn_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層のIII族元素
   の割合ｘは、［０.５〜０.８］に設定されることを特徴
   とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 レーザ発振波長に対して透明な光出射部
   を備えた多層膜構造の半導体レーザ装置であって、 ＧaＡs基板上における光出射部の形成領域を除いて、レ
   ーザ活性部の形成部位を挟んで選択領域成長用マスクを
   設け、この選択領域成長用マスクを用いて前記ＧaＡs基
   板上に有機金属気相成長法により半導体多層膜を積層形
   成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
5. 【請求項５】 レーザ発振波長に対して透明な光出射部
   を備えた多層膜構造の半導体レーザ装置であって、 ＧaＡs基板上におけるレーザ活性部の形成領域を所定幅
   に開口し、且つ該レーザ活性部の形成領域に連なる光出
   射部の形成領域の開口幅を広くした選択領域成長用マス
   クを前記ＧaＡs基板上に設け、この選択領域成長用マス
   クを用いて前記ＧaＡs基板上に有機金属気相成長法によ
   り半導体多層膜を積層形成することを特徴とする半導体
   レーザ装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記ＧaＡs基板上に積層形成するレーザ
   活性部のレーザ活性層および光出射部の導波路層は、Ｉ
   n_1-xＧa_xＡs_yＰ_1-y層（但し、ｘは［０＜ｘ＜１］から
   なるIII族元素の割合，ｙは［０＜ｙ＜１］からなるＶ
   族元素の割合）からなることを特徴とする請求項４また
   は５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。