JP2000058973A - 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Info
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- JP2000058973A JP2000058973A JP22175898A JP22175898A JP2000058973A JP 2000058973 A JP2000058973 A JP 2000058973A JP 22175898 A JP22175898 A JP 22175898A JP 22175898 A JP22175898 A JP 22175898A JP 2000058973 A JP2000058973 A JP 2000058973A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子の内部抵抗を抑えて、素子
の発熱を低減すること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。 【解決手段】 本発明の半導体レーザ素子は、基板2上
に設けられた活性層8と、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含み活性
層8に沿って設けられた第1クラッド層20と、活性層
8と第2のクラッド層20との間に挟まれ、GaInA
sP半導体を含む中間層22と、中間層22と活性層8
との間にに挟まれ、AlGaInP半導体およびGaI
nP半導体の少なくともいずれか一方を含む第1のクラ
ッド層12と、を備える。中間層は組成比を変化させる
ことによってバンドギャップを変化できるので、中間層
にGaAs半導体を使用する場合に比べて、第1のおよ
び第2のクラッド層と中間層との界面のヘテロ障壁が縮
小される。
の発熱を低減すること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。 【解決手段】 本発明の半導体レーザ素子は、基板2上
に設けられた活性層8と、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含み活性
層8に沿って設けられた第1クラッド層20と、活性層
8と第2のクラッド層20との間に挟まれ、GaInA
sP半導体を含む中間層22と、中間層22と活性層8
との間にに挟まれ、AlGaInP半導体およびGaI
nP半導体の少なくともいずれか一方を含む第1のクラ
ッド層12と、を備える。中間層は組成比を変化させる
ことによってバンドギャップを変化できるので、中間層
にGaAs半導体を使用する場合に比べて、第1のおよ
び第2のクラッド層と中間層との界面のヘテロ障壁が縮
小される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
およびその製造方法に関する。
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ素子は、光通信、光記録、
光情報処理等の分野において使用される。このような半
導体レーザ素子の導波路構造の1つとして、リッジ導波
路構造がある。リッジ導波路構造は、比較的簡単な作製
工程で実用レベルの良好な特性が得られるため、従来か
ら様々なタイプの半導体レーザ素子の構造として広く採
用されている。
光情報処理等の分野において使用される。このような半
導体レーザ素子の導波路構造の1つとして、リッジ導波
路構造がある。リッジ導波路構造は、比較的簡単な作製
工程で実用レベルの良好な特性が得られるため、従来か
ら様々なタイプの半導体レーザ素子の構造として広く採
用されている。
【0003】一方、InP基板を用いる長波長系のレー
ザ素子において多用される屈折率導波路構造は、活性層
をストライプ状にエッチングした後に、他の半導体層で
埋め込んだ構造を有している。GaAs基板を用いて作
製される波長1μm以下の短波長系の半導体レーザ素子
においてこの構造を採用すると、活性層のエッチング界
面に起因する理由によって特性不良が生じる場合がある
ので、この構造の代わりにリッジ導波路構造が採用され
る。このような半導体レーザ素子は、赤色可視光レーザ
およびエルビウム添加光ファイバアンプ励起用レーザに
おいて使用される。
ザ素子において多用される屈折率導波路構造は、活性層
をストライプ状にエッチングした後に、他の半導体層で
埋め込んだ構造を有している。GaAs基板を用いて作
製される波長1μm以下の短波長系の半導体レーザ素子
においてこの構造を採用すると、活性層のエッチング界
面に起因する理由によって特性不良が生じる場合がある
ので、この構造の代わりにリッジ導波路構造が採用され
る。このような半導体レーザ素子は、赤色可視光レーザ
およびエルビウム添加光ファイバアンプ励起用レーザに
おいて使用される。
【0004】リッジ導波路構造では、リッジ形成のため
にクラッド層をメサ構造にエッチングする。このメサエ
ッチングの際にクラッド層をエッチングする深さは、レ
ーザ素子特性を決定づける要因となる。このため、エッ
チング深さの再現性、およびエッチング深さの面内の均
一性は、素子特性の均一性、および製造歩留まりに大き
な影響を与える。このように、メサエッチングの深さは
高い再現性および面内均一性を要求されるので、エッチ
ング特性に影響するエッチング溶液の取扱いには十分な
注意をはらっている。
にクラッド層をメサ構造にエッチングする。このメサエ
ッチングの際にクラッド層をエッチングする深さは、レ
ーザ素子特性を決定づける要因となる。このため、エッ
チング深さの再現性、およびエッチング深さの面内の均
一性は、素子特性の均一性、および製造歩留まりに大き
な影響を与える。このように、メサエッチングの深さは
高い再現性および面内均一性を要求されるので、エッチ
ング特性に影響するエッチング溶液の取扱いには十分な
注意をはらっている。
【0005】しかしながら、このエッチング溶液は、溶
液の温度、濃度、薬品の混合比等がわずかに変動する
と、エッチングレートが影響を受けやすい。また、ウエ
ハの中央部と周辺部とにおけるエッチング溶液の撹拌速
度の差に起因して、ウエハ面内においてエッチングレー
トに無視できない差が生じる。
液の温度、濃度、薬品の混合比等がわずかに変動する
と、エッチングレートが影響を受けやすい。また、ウエ
ハの中央部と周辺部とにおけるエッチング溶液の撹拌速
度の差に起因して、ウエハ面内においてエッチングレー
トに無視できない差が生じる。
【0006】これらの理由によるエッチング深さの均一
性および再現性を改善するために、クラッド層内にエッ
チング停止層を設ける手法があり、例えば特開平3−2
22488号公報に開示されている。このエッチング停
止層は、クラッド層のエッチング溶液に対して高い選択
比を有する材料を用いて形成された薄い層である。エッ
チングされるクラッド層のエッチングレートに対して大
きな差を設けることができるので、エッチングレートの
変動または面内差が生じても、メサエッチングがエッチ
ング停止層に達すると実質的に停止する。その結果、エ
ッチングの深さに関して良好な再現性および面内均一性
が達成される。
性および再現性を改善するために、クラッド層内にエッ
チング停止層を設ける手法があり、例えば特開平3−2
22488号公報に開示されている。このエッチング停
止層は、クラッド層のエッチング溶液に対して高い選択
比を有する材料を用いて形成された薄い層である。エッ
チングされるクラッド層のエッチングレートに対して大
きな差を設けることができるので、エッチングレートの
変動または面内差が生じても、メサエッチングがエッチ
ング停止層に達すると実質的に停止する。その結果、エ
ッチングの深さに関して良好な再現性および面内均一性
が達成される。
【0007】短波系レーザ素子において使用されるクラ
ッド材料には、AlGaInP、GaInP等の半導体
がある。このようなクラッド材料のエッチング溶液(塩
酸系エッチング溶液)に対して選択比が確保できるエッ
チング停止層の材料として、GaAs半導体が用いられ
る。
ッド材料には、AlGaInP、GaInP等の半導体
がある。このようなクラッド材料のエッチング溶液(塩
酸系エッチング溶液)に対して選択比が確保できるエッ
チング停止層の材料として、GaAs半導体が用いられ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】発明者は、このような
構造の半導体レーザ素子の発熱を低減するために検討を
続けてきた。このためには、素子内外の直列抵抗を低減
する必要がある。この検討において、発明者は、クラッ
ド層とエッチング停止層との界面にヘテロ障壁に起因す
る抵抗が存在し、これを低減することによって高出力特
性等の素子特性を改善できることを見いだした。
構造の半導体レーザ素子の発熱を低減するために検討を
続けてきた。このためには、素子内外の直列抵抗を低減
する必要がある。この検討において、発明者は、クラッ
ド層とエッチング停止層との界面にヘテロ障壁に起因す
る抵抗が存在し、これを低減することによって高出力特
性等の素子特性を改善できることを見いだした。
【0009】そこで、本発明の目的は、高出力特性等の
改善のため半導体レーザ素子の内部抵抗を抑えて、素子
の発熱を低減すること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。
改善のため半導体レーザ素子の内部抵抗を抑えて、素子
の発熱を低減すること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。
【0010】
【課題を解決するための手段】かかる目的を解決するた
めに、発明者が更なる検討を進めた結果、以下の結論に
至った。
めに、発明者が更なる検討を進めた結果、以下の結論に
至った。
【0011】クラッド層に使用されるAlGaInP半
導体またはGaInP半導体のバンドギャップと、エッ
チング停止層に使用されるGaAs半導体のバンドギャ
ップとの差が大きいので、GaAs半導体層がエッチン
グ停止層として使用されると、クラッド層とエッチング
停止層のそれぞれの界面にそのバンドギャップ差に起因
して発生する大きなヘテロ障壁が形成される。
導体またはGaInP半導体のバンドギャップと、エッ
チング停止層に使用されるGaAs半導体のバンドギャ
ップとの差が大きいので、GaAs半導体層がエッチン
グ停止層として使用されると、クラッド層とエッチング
停止層のそれぞれの界面にそのバンドギャップ差に起因
して発生する大きなヘテロ障壁が形成される。
【0012】つまり、バンドギャップの異なる2つの半
導体層を結晶学的に結合させると、それぞれの層におけ
るフェルミレベルは一致するので、ヘテロ接合界面にバ
ンド端エネルギの不連続が形成される。これらはスパイ
ク、ノッチと呼ばれ、エネルギバンド図の伝導帯および
価電子帯に向けて楔状に突き出し障壁を形成して、この
部分は、伝導帯においては電子に対して、また価電子帯
においてはホールに対して、それぞれバリア△Ec、△
Evとなるため電気抵抗として作用する。実験的には△
Ec、△Evは、ヘテロ接合を形成する半導体層のエネル
ギギャップの差に比例するものとして求められる。
導体層を結晶学的に結合させると、それぞれの層におけ
るフェルミレベルは一致するので、ヘテロ接合界面にバ
ンド端エネルギの不連続が形成される。これらはスパイ
ク、ノッチと呼ばれ、エネルギバンド図の伝導帯および
価電子帯に向けて楔状に突き出し障壁を形成して、この
部分は、伝導帯においては電子に対して、また価電子帯
においてはホールに対して、それぞれバリア△Ec、△
Evとなるため電気抵抗として作用する。実験的には△
Ec、△Evは、ヘテロ接合を形成する半導体層のエネル
ギギャップの差に比例するものとして求められる。
【0013】したがって、ヘテロ障壁を低くするために
は、GaAs半導体よりもバンドギャップが大きく、且
つクラッド層上に容易に結晶成長可能な材料を使用すれ
ばよいことを見出した。そこで、本発明を以下のような
構成とした。
は、GaAs半導体よりもバンドギャップが大きく、且
つクラッド層上に容易に結晶成長可能な材料を使用すれ
ばよいことを見出した。そこで、本発明を以下のような
構成とした。
【0014】本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板
上に設けられた活性層と、活性層上に設けられ、AlG
aInP半導体およびGaInP半導体の少なくともい
ずれか一方を含む第1のクラッド層と、第1のクラッド
層上に設けられ、GaInAsP半導体を含む中間層
と、中間層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第2
のクラッド層と、を備える。
上に設けられた活性層と、活性層上に設けられ、AlG
aInP半導体およびGaInP半導体の少なくともい
ずれか一方を含む第1のクラッド層と、第1のクラッド
層上に設けられ、GaInAsP半導体を含む中間層
と、中間層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第2
のクラッド層と、を備える。
【0015】このように、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方の材料によ
り第1および第2のクラッド層を形成して、GaInA
sP半導体を含む中間層を第1および第2のクラッド層
の間に設けるようにした。このため、中間層のGaとI
n、およびAsとP、の組成比をそれぞれ変化させるこ
とによって中間層のバンドギャップをGaAs半導体の
バンドギャップより大きくすることができる。したがっ
て、中間層にGaAs半導体を使用する場合に比べて、
第1および第2のクラッド層と中間層との界面のヘテロ
障壁が縮小される。
GaInP半導体の少なくともいずれか一方の材料によ
り第1および第2のクラッド層を形成して、GaInA
sP半導体を含む中間層を第1および第2のクラッド層
の間に設けるようにした。このため、中間層のGaとI
n、およびAsとP、の組成比をそれぞれ変化させるこ
とによって中間層のバンドギャップをGaAs半導体の
バンドギャップより大きくすることができる。したがっ
て、中間層にGaAs半導体を使用する場合に比べて、
第1および第2のクラッド層と中間層との界面のヘテロ
障壁が縮小される。
【0016】本発明の半導体レーザ素子では、中間層
は、半導体基板に対して格子不整が±2%以内の範囲内
にあるようにしてもよい。
は、半導体基板に対して格子不整が±2%以内の範囲内
にあるようにしてもよい。
【0017】中間層の厚さは薄いので、このような範囲
で格子が整合していれば、格子不整合に起因する結晶欠
陥の発生を抑制できる。この場合、格子整合条件がかか
る範囲に緩和されるので、中間層のバンドギャップ値の
選択の自由度がさらに増大する。例えば、このような中
間層の厚さは、5〜10nm程度が望ましく、特に5n
mが好適である。
で格子が整合していれば、格子不整合に起因する結晶欠
陥の発生を抑制できる。この場合、格子整合条件がかか
る範囲に緩和されるので、中間層のバンドギャップ値の
選択の自由度がさらに増大する。例えば、このような中
間層の厚さは、5〜10nm程度が望ましく、特に5n
mが好適である。
【0018】本発明の半導体レーザ素子では、中間層の
バンドギャップは、第1および第2のクラッド層のバン
ドギャップの少なくとも一方と略同一であるようにして
もよい。
バンドギャップは、第1および第2のクラッド層のバン
ドギャップの少なくとも一方と略同一であるようにして
もよい。
【0019】このように中間層のバンドギャップを調整
すれば、ヘテロ障壁に起因する抵抗が更に低減される。
すれば、ヘテロ障壁に起因する抵抗が更に低減される。
【0020】本発明の半導体レーザ素子では、活性層
は、GaInAs半導体及びGaInAsP半導体の少
なくとも何れかを含み歪み量子井戸構造を有するように
してもよい。
は、GaInAs半導体及びGaInAsP半導体の少
なくとも何れかを含み歪み量子井戸構造を有するように
してもよい。
【0021】このように、活性層をGaInAs半導体
の歪量子井戸構造によって構成すると、エルビウム添加
光ファイバアンプ励起用として高出力が不可欠な波長
0.98μm帯の半導体レーザにも本発明が適用可能に
なる。この半導体レーザにおいては、GaInAs半導
体に加わる圧縮歪みの効果によって、閾値利得等のレー
ザ発振条件が改善される。この改善は、GaInAsP
半導体を中間層に用いることによるクラッド−中間層間
のヘテロ障壁低減の作用と相乗的に働き、高出力特性が
大幅に改善される。また、GaInAsP半導体の歪量
子井戸構造を用いる場合には、同様の作用に加えて、G
aInAsP半導体では構成元素の数がGaInAs半
導体に比べて多いため、GaInAs半導体の場合に比
べて歪み量を目的に応じて大きく変化させることができ
る。このため、設計の自由度を更に増すことができる。
の歪量子井戸構造によって構成すると、エルビウム添加
光ファイバアンプ励起用として高出力が不可欠な波長
0.98μm帯の半導体レーザにも本発明が適用可能に
なる。この半導体レーザにおいては、GaInAs半導
体に加わる圧縮歪みの効果によって、閾値利得等のレー
ザ発振条件が改善される。この改善は、GaInAsP
半導体を中間層に用いることによるクラッド−中間層間
のヘテロ障壁低減の作用と相乗的に働き、高出力特性が
大幅に改善される。また、GaInAsP半導体の歪量
子井戸構造を用いる場合には、同様の作用に加えて、G
aInAsP半導体では構成元素の数がGaInAs半
導体に比べて多いため、GaInAs半導体の場合に比
べて歪み量を目的に応じて大きく変化させることができ
る。このため、設計の自由度を更に増すことができる。
【0022】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
基板上に設けられた活性層上に第1のクラッド層および
第2のクラッド層を備える半導体レーザ素子の製造方法
であって、活性層上に第1のクラッド層を設ける工程
と、第1のクラッド層上に中間層を設ける工程と、中間
層上に第2のクラッド層を設ける工程と、を備え、第1
のクラッド層および第2のクラッド層は、AlGaIn
P半導体およびGaInP半導体の少なくともいずれか
一方を含み、中間層は、GaInAsP半導体を含む。
基板上に設けられた活性層上に第1のクラッド層および
第2のクラッド層を備える半導体レーザ素子の製造方法
であって、活性層上に第1のクラッド層を設ける工程
と、第1のクラッド層上に中間層を設ける工程と、中間
層上に第2のクラッド層を設ける工程と、を備え、第1
のクラッド層および第2のクラッド層は、AlGaIn
P半導体およびGaInP半導体の少なくともいずれか
一方を含み、中間層は、GaInAsP半導体を含む。
【0023】従来においては、AlGaInP、GaI
nP等の半導体からなるクラッド層上にエッチング停止
層としてGaAs層を、例えばOMVPE成長装置を用
いてそれぞれ成長すると、燐系のAlGaInP、Ga
InP半導体層上に砒素系のGaAs半導体層を直接に
成長することになるため、GaAsエッチング停止層を
成長開始する際に、原料元素を燐から砒素へ不連続的に
切り替える必要が生じる。このため、いわゆる表面白濁
等の結晶性の劣化が生じやすく、また、結晶性の良好な
半導体層を得るために成長温度、原料切り替えのタイミ
ングといった成長条件を十分に検討しなければならなか
った。あるいは、AlGaInP、GaInP半導体層
とGaAs半導体層との間に緩衝層を挿入し結晶性の劣
化を防止しなければならなかった。
nP等の半導体からなるクラッド層上にエッチング停止
層としてGaAs層を、例えばOMVPE成長装置を用
いてそれぞれ成長すると、燐系のAlGaInP、Ga
InP半導体層上に砒素系のGaAs半導体層を直接に
成長することになるため、GaAsエッチング停止層を
成長開始する際に、原料元素を燐から砒素へ不連続的に
切り替える必要が生じる。このため、いわゆる表面白濁
等の結晶性の劣化が生じやすく、また、結晶性の良好な
半導体層を得るために成長温度、原料切り替えのタイミ
ングといった成長条件を十分に検討しなければならなか
った。あるいは、AlGaInP、GaInP半導体層
とGaAs半導体層との間に緩衝層を挿入し結晶性の劣
化を防止しなければならなかった。
【0024】しかしながら、中間層を構成するGaIn
AsP半導体は、AsおよびPの両方を含む。このた
め、AlGaInP半導体およびGaInP半導体のい
ずれか一方を含むクラッド層上に中間層の形成を開始す
る際、および中間層上にクラッド層の形成を開始する際
に、燐および砒素の原料の不連続的な切り替えが不要に
なり、これに伴う前述のような結晶劣化が生じなくな
る。
AsP半導体は、AsおよびPの両方を含む。このた
め、AlGaInP半導体およびGaInP半導体のい
ずれか一方を含むクラッド層上に中間層の形成を開始す
る際、および中間層上にクラッド層の形成を開始する際
に、燐および砒素の原料の不連続的な切り替えが不要に
なり、これに伴う前述のような結晶劣化が生じなくな
る。
【0025】本発明の半導体レーザ素子の製造方法で
は、第2のクラッド層を中間層に対して選択的にエッチ
ングする工程を更に備えるようにしてもよい。
は、第2のクラッド層を中間層に対して選択的にエッチ
ングする工程を更に備えるようにしてもよい。
【0026】このように、第2のクラッド層を中間層に
対して選択的にエッチングすると、所定の深さのクラッ
ド層が均一性、再現性よく形成される。
対して選択的にエッチングすると、所定の深さのクラッ
ド層が均一性、再現性よく形成される。
【0027】また、中間層を第1のクラッド層に対して
選択的にエッチングする工程を更に備えても良い。
選択的にエッチングする工程を更に備えても良い。
【0028】このように、中間層をエッチングすると、
第2の上部クラッド層を通って注入されるキャリアが中
間層を介して中央のメサストライプ領域以外に漏れるこ
とが防止される。このため、発光領域となるストライプ
部分に向けて良好な電流狭窄が実現される。
第2の上部クラッド層を通って注入されるキャリアが中
間層を介して中央のメサストライプ領域以外に漏れるこ
とが防止される。このため、発光領域となるストライプ
部分に向けて良好な電流狭窄が実現される。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、半導体基板上に半導体レー
ザ素子を形成する場合を示しながら、本発明を詳細に説
明する。本実施の形態は単なる例示であり、本発明はこ
れに限定されるものではない。なお、可能な場合には、
同一部分には同一参照番号を付して、重複する説明を省
略する。
ザ素子を形成する場合を示しながら、本発明を詳細に説
明する。本実施の形態は単なる例示であり、本発明はこ
れに限定されるものではない。なお、可能な場合には、
同一部分には同一参照番号を付して、重複する説明を省
略する。
【0030】図1は、本発明に従う半導体レーザ素子1
の構造を表す一実施の形態を図示す斜視図である。図1
を参照すると、第1導電型半導体基板(以下、基板とい
う)2上には第1導電型下部クラッド層4が設けられ、
第1導電型下部クラッド層4上にはアンドープ第1の分
離閉じ込めヘテロ構造層(以下、下部SCH層という)
6が設けられ、下部SCH層6上にはアンドープ活性層
8が設けられ、活性層8にはアンドープ第2の分離閉じ
込めヘテロ構造層(以下、上部SCH層という)10が
設けられている。活性層8は、下部SCH層6と上部S
CH層10との間に設けられ、SCH層6およびSCH
層10のそれぞれの一の面は、活性層の対向する2つの
面のそれぞれに接するので、両SCH層6,10は活性
層8に対してキャリアを閉じ込めるように作用する。
の構造を表す一実施の形態を図示す斜視図である。図1
を参照すると、第1導電型半導体基板(以下、基板とい
う)2上には第1導電型下部クラッド層4が設けられ、
第1導電型下部クラッド層4上にはアンドープ第1の分
離閉じ込めヘテロ構造層(以下、下部SCH層という)
6が設けられ、下部SCH層6上にはアンドープ活性層
8が設けられ、活性層8にはアンドープ第2の分離閉じ
込めヘテロ構造層(以下、上部SCH層という)10が
設けられている。活性層8は、下部SCH層6と上部S
CH層10との間に設けられ、SCH層6およびSCH
層10のそれぞれの一の面は、活性層の対向する2つの
面のそれぞれに接するので、両SCH層6,10は活性
層8に対してキャリアを閉じ込めるように作用する。
【0031】また、活性層8上には、第2導電型第1の
上部クラッド層12、第2導電型第2の上部クラッド部
20、および第2導電型中間層部22が、それぞれ設け
られている。第1の上部クラッド層12は活性層8上に
設けられ、中間層部22は第1の上部クラッド層12上
に設けられ、第2の上部クラッド部20は中間層部22
上に設けられている。第1の上部クラッド層12および
第2の上部クラッド部20のそれぞれの一の面は、中間
層部22の対向する2つの面に接している。下部SCH
層6の一の面と対向する他の面は下部クラッド層4の一
の面に接し、上部SCH層10の一の面と対向する他の
面は第1の上部クラッド層12の一の面とそれぞれ接す
るので、これらのクラッド層4,12は下部SCH層
6、活性層8および上部SCH層10に対して光の閉じ
込めるように作用する。活性層8は、上部及び下部SC
H層6,10を介して上部及び下部クラッド層4、12
から注入される電子とホールが再結合して光を発生す
る。
上部クラッド層12、第2導電型第2の上部クラッド部
20、および第2導電型中間層部22が、それぞれ設け
られている。第1の上部クラッド層12は活性層8上に
設けられ、中間層部22は第1の上部クラッド層12上
に設けられ、第2の上部クラッド部20は中間層部22
上に設けられている。第1の上部クラッド層12および
第2の上部クラッド部20のそれぞれの一の面は、中間
層部22の対向する2つの面に接している。下部SCH
層6の一の面と対向する他の面は下部クラッド層4の一
の面に接し、上部SCH層10の一の面と対向する他の
面は第1の上部クラッド層12の一の面とそれぞれ接す
るので、これらのクラッド層4,12は下部SCH層
6、活性層8および上部SCH層10に対して光の閉じ
込めるように作用する。活性層8は、上部及び下部SC
H層6,10を介して上部及び下部クラッド層4、12
から注入される電子とホールが再結合して光を発生す
る。
【0032】中間層部22の材料は、GaAs半導体の
バンドギャップ値より大きいので、中間層部22とこれ
を挟む第1の上部クラッド層12および第2の上部クラ
ッド部20とのヘテロ障壁は、GaAs半導体を中間層
の材料として使用した場合に比べて縮小される。このた
め、これらの界面に起因する抵抗が低減される。中間層
部22のバンドギャップ値が第1の上部クラッド層12
および第2の上部クラッド部20のバンドギャップ値と
同じ値になる場合が特に好ましく、この抵抗を実質的に
ゼロにできる。
バンドギャップ値より大きいので、中間層部22とこれ
を挟む第1の上部クラッド層12および第2の上部クラ
ッド部20とのヘテロ障壁は、GaAs半導体を中間層
の材料として使用した場合に比べて縮小される。このた
め、これらの界面に起因する抵抗が低減される。中間層
部22のバンドギャップ値が第1の上部クラッド層12
および第2の上部クラッド部20のバンドギャップ値と
同じ値になる場合が特に好ましく、この抵抗を実質的に
ゼロにできる。
【0033】更に、第2の上部クラッド部20および中
間層部22は、活性層8に対してキャリアを注入すべき
層に沿って延び、且つ第1の上部クラッド層12上にメ
サ形状に設けられている。つまり、これらの部分20、
22は、注入キャリアの再結合によって光が発生する導
波路上に半導体レーザ素子1の出射端面40からこの端
面に対向する反射端面42に達する軸に沿って設けら
れ、この軸はそれぞれの端面40、42に直交してい
る。
間層部22は、活性層8に対してキャリアを注入すべき
層に沿って延び、且つ第1の上部クラッド層12上にメ
サ形状に設けられている。つまり、これらの部分20、
22は、注入キャリアの再結合によって光が発生する導
波路上に半導体レーザ素子1の出射端面40からこの端
面に対向する反射端面42に達する軸に沿って設けら
れ、この軸はそれぞれの端面40、42に直交してい
る。
【0034】このようにストライプ状に延びた第2の上
部クラッド部20および中間層部22は、上記軸方向に
延び活性層8に対面する面と異なる対向する二面におい
て、第1導電型電流ブロック層24と接している。第1
導電型電流ブロック層24は、第1の上部クラッド層1
2上に設けられている。第2の上部クラッド部20およ
び電流ブロック層24上には、第2導電型コンタクト層
26が設けられている。コンタクト層26上には第2導
電型半導体層に対するオーミック電極28が設けられて
いる。第1導電型基板2の裏面には、第1導電型半導体
層に対するオーミック電極30が設けられている。
部クラッド部20および中間層部22は、上記軸方向に
延び活性層8に対面する面と異なる対向する二面におい
て、第1導電型電流ブロック層24と接している。第1
導電型電流ブロック層24は、第1の上部クラッド層1
2上に設けられている。第2の上部クラッド部20およ
び電流ブロック層24上には、第2導電型コンタクト層
26が設けられている。コンタクト層26上には第2導
電型半導体層に対するオーミック電極28が設けられて
いる。第1導電型基板2の裏面には、第1導電型半導体
層に対するオーミック電極30が設けられている。
【0035】このような半導体レーザ素子1の動作につ
いて以下に説明する。オーミック電極28からのキャリ
アは、電流ブロック層24が第2の上部クラッド部20
を挟んで設けられ、且つ第1の上部クラッド層12およ
び第2の上部クラッド部20の導電型と逆の導電型であ
るので、半導体レーザ素子1の順方向バイアス条件の下
において、幅数μmの第2の上部クラッド層20の領域
を通過して活性層8に至る。つまり、電流狭窄を実現す
るように、リッジ構造が採用されている。このため、第
2の上部クラッド部20の厚さは、半導体レーザ素子1
の特性に応じて決定される。
いて以下に説明する。オーミック電極28からのキャリ
アは、電流ブロック層24が第2の上部クラッド部20
を挟んで設けられ、且つ第1の上部クラッド層12およ
び第2の上部クラッド部20の導電型と逆の導電型であ
るので、半導体レーザ素子1の順方向バイアス条件の下
において、幅数μmの第2の上部クラッド層20の領域
を通過して活性層8に至る。つまり、電流狭窄を実現す
るように、リッジ構造が採用されている。このため、第
2の上部クラッド部20の厚さは、半導体レーザ素子1
の特性に応じて決定される。
【0036】このような半導体レーザ素子1の主要な半
導体層の厚さを例示的に以下に示すと、 下部クラッド層4 : 1.5μm 活性層8 : 8nm 下部SCH層6 : 47nm 上部SCH層10 : 47nm 第1の上部クラッド層12: 0.6μm 第2の上部クラッド部20: 0.9μm 中間層部22 : 5nm である。
導体層の厚さを例示的に以下に示すと、 下部クラッド層4 : 1.5μm 活性層8 : 8nm 下部SCH層6 : 47nm 上部SCH層10 : 47nm 第1の上部クラッド層12: 0.6μm 第2の上部クラッド部20: 0.9μm 中間層部22 : 5nm である。
【0037】次に、本発明に従う半導体レーザ素子1の
製造方法を図1のA−A’断面線における図2〜図4に
示される工程断面図を参照しながら詳述する。以下の説
明はn型GaAs基板、および活性層材料としてGaI
nAs半導体を使用する場合について行われるが、本発
明はこれに限られるものではない。
製造方法を図1のA−A’断面線における図2〜図4に
示される工程断面図を参照しながら詳述する。以下の説
明はn型GaAs基板、および活性層材料としてGaI
nAs半導体を使用する場合について行われるが、本発
明はこれに限られるものではない。
【0038】n型GaAs基板52上に半導体層の積層
構造を形成する(半導体層堆積工程)。図2(a)を参
照すると、n型GaAs基板52上にn型GaInP下
部クラッド層54を形成する。下部クラッド層54は、
基板52を覆って堆積される半導体層である。この下部
クラッド層54上にアンドープGaInAsP下部SC
H層56、アンドープGaInAs活性層58、アンド
ープGaInAsP上部SCH層60を順次に形成す
る。アンドープGaInAsP下部SCH層56は下部
クラッド層54を覆って堆積される半導体層であり、ア
ンドープGaInAs活性層58は下部SCH層56を
覆って堆積される半導体層であり、アンドープGaIn
AsP上部SCH層60は活性層58を覆って堆積され
る半導体層である。
構造を形成する(半導体層堆積工程)。図2(a)を参
照すると、n型GaAs基板52上にn型GaInP下
部クラッド層54を形成する。下部クラッド層54は、
基板52を覆って堆積される半導体層である。この下部
クラッド層54上にアンドープGaInAsP下部SC
H層56、アンドープGaInAs活性層58、アンド
ープGaInAsP上部SCH層60を順次に形成す
る。アンドープGaInAsP下部SCH層56は下部
クラッド層54を覆って堆積される半導体層であり、ア
ンドープGaInAs活性層58は下部SCH層56を
覆って堆積される半導体層であり、アンドープGaIn
AsP上部SCH層60は活性層58を覆って堆積され
る半導体層である。
【0039】次いで、p型GaInP上部第1のクラッ
ド層62、p型GaInAsP中間層64、p型GaI
nP上部第2のクラッド層66を順次に形成する。上部
第1のクラッド層62は上部SCH層60を覆って堆積
される半導体層であり、p型GaInAsP中間層64
は上部第1のクラッド層62を覆って堆積される半導体
層であり、p型GaInP上部第2のクラッド層66は
p型GaInAsP中間層64を覆って堆積される半導
体層である。
ド層62、p型GaInAsP中間層64、p型GaI
nP上部第2のクラッド層66を順次に形成する。上部
第1のクラッド層62は上部SCH層60を覆って堆積
される半導体層であり、p型GaInAsP中間層64
は上部第1のクラッド層62を覆って堆積される半導体
層であり、p型GaInP上部第2のクラッド層66は
p型GaInAsP中間層64を覆って堆積される半導
体層である。
【0040】これらの半導体層は、例えば有機金属気相
エピタキシ法(OMVPE、Organometallic Vapor Pha
se Epitaxy)を用いて成長される。n型GaInP下部
クラッド層54、アンドープGaInAsP下部SCH
層56、アンドープGaInAsP上部SCH層60、
p型GaInP第1の上部クラッド層62、p型GaI
nAsP中間層64、p型GaInP第2の上部クラッ
ド層66は、それぞれGaAs基板に対して格子定数が
整合していることが好ましい。このようにすれば、良好
な結晶性の半導体を得ることができる。一方、アンドー
プGaInAs活性層58は、アンドープGaInAs
P下部SCH層56およびアンドープGaInAsP上
部SCH層60のそれぞれの半導体層に対して圧縮歪み
が加わるように、約1%格子定数が異なる組成に決定さ
れている。このようにすれば、歪単一量子井戸構造の活
性層が形成されるため、0.98μm帯のレーザ光発振
波長を得ることができる。また、多重量子井戸構造の活
性層を形成してもよい。なお、活性層58を基板に対し
て格子整合しているように形成することもできる。
エピタキシ法(OMVPE、Organometallic Vapor Pha
se Epitaxy)を用いて成長される。n型GaInP下部
クラッド層54、アンドープGaInAsP下部SCH
層56、アンドープGaInAsP上部SCH層60、
p型GaInP第1の上部クラッド層62、p型GaI
nAsP中間層64、p型GaInP第2の上部クラッ
ド層66は、それぞれGaAs基板に対して格子定数が
整合していることが好ましい。このようにすれば、良好
な結晶性の半導体を得ることができる。一方、アンドー
プGaInAs活性層58は、アンドープGaInAs
P下部SCH層56およびアンドープGaInAsP上
部SCH層60のそれぞれの半導体層に対して圧縮歪み
が加わるように、約1%格子定数が異なる組成に決定さ
れている。このようにすれば、歪単一量子井戸構造の活
性層が形成されるため、0.98μm帯のレーザ光発振
波長を得ることができる。また、多重量子井戸構造の活
性層を形成してもよい。なお、活性層58を基板に対し
て格子整合しているように形成することもできる。
【0041】上記の実施の形態では、クラッド層の半導
体材料として、GaInP半導体を使用する場合を例示
したが、AlGaInP半導体も使用することができ
る。GaInP半導体を使用すると構成元素が3元と少
ないので、成長の条件出しが簡素、かつ容易になり、通
常の結晶成長装置を用いて比較的容易に良好な結晶性を
有する半導体層が得られる。加えて、既に可視光半導体
レーザ等に広範に用いられており、材料としての実績も
ある。また、AlGaInP半導体を使用すると、Ga
InP半導体と比較してさらに大きなバンドギャップを
実現できるので、これをクラッド材に用いると発光領域
へのキャリアの閉じ込めがさらに良くなり、高出力化等
といったレーザ特性のさらなる向上が期待される。加え
て、既に可視光半導体レーザ等に広範に用いられてお
り、材料としての実績もある。
体材料として、GaInP半導体を使用する場合を例示
したが、AlGaInP半導体も使用することができ
る。GaInP半導体を使用すると構成元素が3元と少
ないので、成長の条件出しが簡素、かつ容易になり、通
常の結晶成長装置を用いて比較的容易に良好な結晶性を
有する半導体層が得られる。加えて、既に可視光半導体
レーザ等に広範に用いられており、材料としての実績も
ある。また、AlGaInP半導体を使用すると、Ga
InP半導体と比較してさらに大きなバンドギャップを
実現できるので、これをクラッド材に用いると発光領域
へのキャリアの閉じ込めがさらに良くなり、高出力化等
といったレーザ特性のさらなる向上が期待される。加え
て、既に可視光半導体レーザ等に広範に用いられてお
り、材料としての実績もある。
【0042】p型GaxIn1-xAsyP1-y中間層64
は、本実施の形態ではx=0.78およびy=0.56
の組成で形成され、GaAs基板の半導体層に格子整合
しており、バンドギャップ値が約1.59eVを有す
る。GaAs基板の半導体層に格子整合する条件の下で
は、1.41eV(x=1、y=1)から1.88eV
(x=0.52、y=0)までの範囲でバンドギャップ
値を選択できる。このため、GaAs半導体のバンドギ
ャップ値よりも大きな半導体層を形成できる。
は、本実施の形態ではx=0.78およびy=0.56
の組成で形成され、GaAs基板の半導体層に格子整合
しており、バンドギャップ値が約1.59eVを有す
る。GaAs基板の半導体層に格子整合する条件の下で
は、1.41eV(x=1、y=1)から1.88eV
(x=0.52、y=0)までの範囲でバンドギャップ
値を選択できる。このため、GaAs半導体のバンドギ
ャップ値よりも大きな半導体層を形成できる。
【0043】また、p型GaxIn1-xAsyP1-y中間層
64は非常に薄くてよいので、GaAs基板に対する格
子不整合が±2%程度以内であれば、ミスフィット転移
等の結晶欠陥の発生を誘引することなく、良好な結晶性
が維持される。このような中間層の厚さとしては、5n
m〜10nmの範囲が好ましく、特に5nm程度が好適
である。このような範囲で格子不整合を許容すれば、中
間層のバンドギャップ値の設計の自由度が増加する。こ
のため、GaInPおよびAlGaInPに対してほぼ
同一のバンドギャップ値を実現できる。GaInPクラ
ッド層と同じバンドギャップ値1.88eVを実現する
ための組成を例示すれば、x=0.83程度、y=0.
38程度にすると格子不整約−1%の半導体層を形成で
きる。このため、クラッド層と中間層との間のヘテロ障
壁を実質的に消失させることができる。したがって、半
導体レーザ素子内の直列抵抗を更に低減できる。実際の
製造上、引っ張り歪み及び量子井戸効果によってGaI
nAsPのバンドギャップは多少変動するが、組成比
x、yを調整することによってクラッド層とほぼ同じバ
ンドギャップを実現することができる。
64は非常に薄くてよいので、GaAs基板に対する格
子不整合が±2%程度以内であれば、ミスフィット転移
等の結晶欠陥の発生を誘引することなく、良好な結晶性
が維持される。このような中間層の厚さとしては、5n
m〜10nmの範囲が好ましく、特に5nm程度が好適
である。このような範囲で格子不整合を許容すれば、中
間層のバンドギャップ値の設計の自由度が増加する。こ
のため、GaInPおよびAlGaInPに対してほぼ
同一のバンドギャップ値を実現できる。GaInPクラ
ッド層と同じバンドギャップ値1.88eVを実現する
ための組成を例示すれば、x=0.83程度、y=0.
38程度にすると格子不整約−1%の半導体層を形成で
きる。このため、クラッド層と中間層との間のヘテロ障
壁を実質的に消失させることができる。したがって、半
導体レーザ素子内の直列抵抗を更に低減できる。実際の
製造上、引っ張り歪み及び量子井戸効果によってGaI
nAsPのバンドギャップは多少変動するが、組成比
x、yを調整することによってクラッド層とほぼ同じバ
ンドギャップを実現することができる。
【0044】更に、中間層を構成するGaInAsP半
導体は、AsおよびPの両方を含む。このため、AlG
aInP半導体およびGaInP半導体のいずれか一方
を含むクラッド層上に中間層の形成を開始する際、およ
び中間層上にクラッド層の形成を開始する際に、原料元
素である燐および砒素の不連続的な切り替えが不要にな
る。このため、従来GaAs半導体層を中間層として用
いた場合に生じていた、いわゆる表面白濁等の結晶性の
劣化の発生、結晶性の良好な半導体層を得るために成長
温度および原料切り替えのタイミングといった成長条件
の十分な検討、あるいはAlGaInPおよびGaIn
P半導体層とGaAs半導体層との間に緩衝層の挿入、
といった欠点が解消される。
導体は、AsおよびPの両方を含む。このため、AlG
aInP半導体およびGaInP半導体のいずれか一方
を含むクラッド層上に中間層の形成を開始する際、およ
び中間層上にクラッド層の形成を開始する際に、原料元
素である燐および砒素の不連続的な切り替えが不要にな
る。このため、従来GaAs半導体層を中間層として用
いた場合に生じていた、いわゆる表面白濁等の結晶性の
劣化の発生、結晶性の良好な半導体層を得るために成長
温度および原料切り替えのタイミングといった成長条件
の十分な検討、あるいはAlGaInPおよびGaIn
P半導体層とGaAs半導体層との間に緩衝層の挿入、
といった欠点が解消される。
【0045】次いで、第2の上部クラッド層66上にエ
ッチングマスク層を形成する(マスク形成工程)。図2
(b)を参照すると、エッチングマスク層68は、第2
の上部クラッド層66上を覆ってマスク材を堆積し、こ
のマスク材をフォトリソグラフィ技術によって所定形状
にエッチングすることによって形成される。マスク層6
8は、活性層58の電流注入領域に沿ってレーザ光の出
射端面からレーザ光の反射端面に達する短冊形に形成さ
れる。マスク材として、引き続くリッジ形成工程におい
て十分な耐エッチング特性を有すると共に、電流ブロッ
ク層の結晶成長時の環境に耐え得る材料が採用される。
例示すれば、二酸化シリコン(SiO2)または窒化シ
リコン(SiN)等を使用できる。
ッチングマスク層を形成する(マスク形成工程)。図2
(b)を参照すると、エッチングマスク層68は、第2
の上部クラッド層66上を覆ってマスク材を堆積し、こ
のマスク材をフォトリソグラフィ技術によって所定形状
にエッチングすることによって形成される。マスク層6
8は、活性層58の電流注入領域に沿ってレーザ光の出
射端面からレーザ光の反射端面に達する短冊形に形成さ
れる。マスク材として、引き続くリッジ形成工程におい
て十分な耐エッチング特性を有すると共に、電流ブロッ
ク層の結晶成長時の環境に耐え得る材料が採用される。
例示すれば、二酸化シリコン(SiO2)または窒化シ
リコン(SiN)等を使用できる。
【0046】このマスク層68を利用してリッジ構造を
形成する(リッジ形成工程)。図3(a)を参照する
と、第2の上部クラッド層66がエッチングされた後の
工程が示されている。このリッジ構造は、以下のように
形成される。まず、第2の上部クラッド層66をエッチ
ングする。このエッチングでは、第2の上部クラッド層
66のエッチングレートが中間層64のエッチングレー
トに対して十分に大きくできるエッチング方法を採用す
る。このような方法として、例えば塩酸、隣酸、および
水を含むエッチング溶液を使用することが好ましく、重
量百分率で表される36%塩酸と85%隣酸と純水との
容量比が4:2:3で混合されるエッチング溶液を用い
ることが特に好ましい。このエッチング溶液を採用する
と、p型GaInAsP半導体に対するp型GaInP
半導体のエッチングの選択比は、130倍以上となる。
このため、中間層64は、エッチング停止層として機能
する。したがって、メサストライプ形状の第2の上部ク
ラッド部分70の深さは、エッチングの条件に関係な
く、第2の上部クラッド層66の堆積された半導体層の
厚さによって決定される。メサ形状が順メサになるか、
または逆メサになるかは、使用される結晶の面方位等に
依存して決まる。なお、図3(a)には、逆メサ形状の
第2の上部クラッド部分70を例示的に示している。
形成する(リッジ形成工程)。図3(a)を参照する
と、第2の上部クラッド層66がエッチングされた後の
工程が示されている。このリッジ構造は、以下のように
形成される。まず、第2の上部クラッド層66をエッチ
ングする。このエッチングでは、第2の上部クラッド層
66のエッチングレートが中間層64のエッチングレー
トに対して十分に大きくできるエッチング方法を採用す
る。このような方法として、例えば塩酸、隣酸、および
水を含むエッチング溶液を使用することが好ましく、重
量百分率で表される36%塩酸と85%隣酸と純水との
容量比が4:2:3で混合されるエッチング溶液を用い
ることが特に好ましい。このエッチング溶液を採用する
と、p型GaInAsP半導体に対するp型GaInP
半導体のエッチングの選択比は、130倍以上となる。
このため、中間層64は、エッチング停止層として機能
する。したがって、メサストライプ形状の第2の上部ク
ラッド部分70の深さは、エッチングの条件に関係な
く、第2の上部クラッド層66の堆積された半導体層の
厚さによって決定される。メサ形状が順メサになるか、
または逆メサになるかは、使用される結晶の面方位等に
依存して決まる。なお、図3(a)には、逆メサ形状の
第2の上部クラッド部分70を例示的に示している。
【0047】このように、中間層64は、エッチング停
止層として機能する程度の厚さに形成されることが好ま
しく、さらに、第1および第2のクラッド層の厚さより
も薄いことが好ましい。
止層として機能する程度の厚さに形成されることが好ま
しく、さらに、第1および第2のクラッド層の厚さより
も薄いことが好ましい。
【0048】次いで、図3(b)を参照すると、中間層
64をエッチングした後の工程が示されている。中間層
64のエッチングでは、中間層64のエッチングレート
が第1の上部クラッド層62のエッチングレートに対し
て十分に大きくできるエッチング方法を採用する。この
ような方法として、例えば、隣酸、過酸化水素、および
水を含むエッチング溶液を使用することが好ましく、重
量百分率で表される85%隣酸と30%過酸化水素と純
水との容量比が5:1:40で混合されるエッチング溶
液を用いることが特に好ましい。このエッチング溶液を
採用すると、p型GaInP半導体に対するp型GaI
nAsP半導体のエッチングの選択比は、100倍以上
となる。このため、第1の上部クラッド層62は、エッ
チング停止層として機能する。したがって、第2の上部
クラッド部分70のエッチングは進まず、中間層64の
一部分がエッチングされて第1の上部クラッド層62に
達しても、クラッド層62はエッチングされない。
64をエッチングした後の工程が示されている。中間層
64のエッチングでは、中間層64のエッチングレート
が第1の上部クラッド層62のエッチングレートに対し
て十分に大きくできるエッチング方法を採用する。この
ような方法として、例えば、隣酸、過酸化水素、および
水を含むエッチング溶液を使用することが好ましく、重
量百分率で表される85%隣酸と30%過酸化水素と純
水との容量比が5:1:40で混合されるエッチング溶
液を用いることが特に好ましい。このエッチング溶液を
採用すると、p型GaInP半導体に対するp型GaI
nAsP半導体のエッチングの選択比は、100倍以上
となる。このため、第1の上部クラッド層62は、エッ
チング停止層として機能する。したがって、第2の上部
クラッド部分70のエッチングは進まず、中間層64の
一部分がエッチングされて第1の上部クラッド層62に
達しても、クラッド層62はエッチングされない。
【0049】これによって、マスク層68を用いて第2
の上部クラッド層66および中間層64をエッチングす
ると、第2の上部クラッド部70およひ中間層部72か
らなるリッジ構造が形成される。
の上部クラッド層66および中間層64をエッチングす
ると、第2の上部クラッド部70およひ中間層部72か
らなるリッジ構造が形成される。
【0050】中間層64は、高濃度に不純物が導入され
たp型半導体であるので、低抵抗の半導体層である。こ
れをメサ形状にエッチングすると、注入キャリアが、こ
の低抵抗の層を通してメサストライプ領域(つまり、発
光領域)以外へ拡がることを防止できる。このため、キ
ャリアの良好な狭窄が実現できる。
たp型半導体であるので、低抵抗の半導体層である。こ
れをメサ形状にエッチングすると、注入キャリアが、こ
の低抵抗の層を通してメサストライプ領域(つまり、発
光領域)以外へ拡がることを防止できる。このため、キ
ャリアの良好な狭窄が実現できる。
【0051】この後、第1の上部クラッド部62上に第
2の上部ブロック層70を挟んでn型AlGaInP電
流ブロック層74を形成する(電流ブロック層形成工
程)。図4(a)を参照すると、この半導体層74は、
マスク材68上には堆積されず、第1の上部クラッド層
62上のみに選択的に成長し、第2のクラッド部70お
よび中間層部72の両側面を覆う。電流ブロック層74
は、エッチングされるた中間層64および第2の上部ク
ラッド層66の深さの和に相当するを厚さを有する。こ
のため、エッチングで残された部分は埋め込まれて、平
坦化された表面が提供される。
2の上部ブロック層70を挟んでn型AlGaInP電
流ブロック層74を形成する(電流ブロック層形成工
程)。図4(a)を参照すると、この半導体層74は、
マスク材68上には堆積されず、第1の上部クラッド層
62上のみに選択的に成長し、第2のクラッド部70お
よび中間層部72の両側面を覆う。電流ブロック層74
は、エッチングされるた中間層64および第2の上部ク
ラッド層66の深さの和に相当するを厚さを有する。こ
のため、エッチングで残された部分は埋め込まれて、平
坦化された表面が提供される。
【0052】続いて、マスク材68を除去して、p型G
aAsコンタクト層76を形成する。コンタクト層76
は、第2のクラッド部70および電流ブロック層74を
覆って堆積される半導体層である。基板52の裏面は、
基板の厚さ100μm程度になるまで化学的にエッチン
グされる。この後、p型コンタクト層76上を覆ってオ
ーミック電極78が形成し、また基板52の裏面を覆っ
てオーミック電極80を形成する。
aAsコンタクト層76を形成する。コンタクト層76
は、第2のクラッド部70および電流ブロック層74を
覆って堆積される半導体層である。基板52の裏面は、
基板の厚さ100μm程度になるまで化学的にエッチン
グされる。この後、p型コンタクト層76上を覆ってオ
ーミック電極78が形成し、また基板52の裏面を覆っ
てオーミック電極80を形成する。
【0053】これらの工程の結果、本発明に従う半導体
レーザ素子が製造される。
レーザ素子が製造される。
【0054】以上、本発明に従う実施の形態を図面を参
照しながら詳細に説明したように、本発明による半導体
レーザ素子は、半導体基板52上に設けられた活性層5
8と、活性層58上に設けられた第1のクラッド層62
と、第1のクラッド層62上に設けられた中間層部72
と、中間層部72上に設けられた第2のクラッド層部分
70と、を備え、中間層部72のバンドギャップは、G
aAs半導体のバンドギャップよりも大きく、且つ第1
のクラッド層62および第2のクラッド層部70の半導
体のバンドギャップ以下の値である。第2のクラッド層
部70は、中間層部分72に対して選択的にエッチング
可能な材料で構成され、中間層部72は、第1のクラッ
ド層62に対して選択的にエッチング可能な材料で構成
されている。
照しながら詳細に説明したように、本発明による半導体
レーザ素子は、半導体基板52上に設けられた活性層5
8と、活性層58上に設けられた第1のクラッド層62
と、第1のクラッド層62上に設けられた中間層部72
と、中間層部72上に設けられた第2のクラッド層部分
70と、を備え、中間層部72のバンドギャップは、G
aAs半導体のバンドギャップよりも大きく、且つ第1
のクラッド層62および第2のクラッド層部70の半導
体のバンドギャップ以下の値である。第2のクラッド層
部70は、中間層部分72に対して選択的にエッチング
可能な材料で構成され、中間層部72は、第1のクラッ
ド層62に対して選択的にエッチング可能な材料で構成
されている。
【0055】第1のクラッド層62および第2のクラッ
ド層部70は、AlGaInP半導体およびGaInP
半導体の少なくともいずれか一方を含むことが好まし
い。中間層部72は、GaInAsP半導体を含むこと
が好ましい。
ド層部70は、AlGaInP半導体およびGaInP
半導体の少なくともいずれか一方を含むことが好まし
い。中間層部72は、GaInAsP半導体を含むこと
が好ましい。
【0056】本発明は、エルビウム添加光ファイバアン
プ励起用の波長0.98μm帯の半導体レーザに適用す
ると、特に、大きな効果が期待できる。すなわち、波長
0.98μm帯の半導体レーザにおいて、GaInAs
及びGaInAsPの少なくとも何れかの半導体の歪量
子井戸構造を活性層に採用すると、活性層を構成する半
導体領域に加わる圧縮歪みの作用により、閾値利得等の
レーザ発振条件が改善されるという効果がある。また、
この効果と、GaInAsP半導体を中間層に用いるこ
とによるクラッド−中間層間のヘテロ障壁低減の効果と
が相乗的に作用し、半導体レーザの高出力特性の大幅な
改善が可能となる。
プ励起用の波長0.98μm帯の半導体レーザに適用す
ると、特に、大きな効果が期待できる。すなわち、波長
0.98μm帯の半導体レーザにおいて、GaInAs
及びGaInAsPの少なくとも何れかの半導体の歪量
子井戸構造を活性層に採用すると、活性層を構成する半
導体領域に加わる圧縮歪みの作用により、閾値利得等の
レーザ発振条件が改善されるという効果がある。また、
この効果と、GaInAsP半導体を中間層に用いるこ
とによるクラッド−中間層間のヘテロ障壁低減の効果と
が相乗的に作用し、半導体レーザの高出力特性の大幅な
改善が可能となる。
【0057】GaInAsP半導体を用いて歪量子井戸
構造の活性層を構成する場合には、上記の効果に加え
て、GaInAsP半導体はGaInAs半導体に比べ
て構成元素の数が多いので、歪み量を目的に応じて大き
く変化させることができるので、半導体レーザの設計の
自由度が更に増すという効果がある。
構造の活性層を構成する場合には、上記の効果に加え
て、GaInAsP半導体はGaInAs半導体に比べ
て構成元素の数が多いので、歪み量を目的に応じて大き
く変化させることができるので、半導体レーザの設計の
自由度が更に増すという効果がある。
【0058】
【発明の効果】以上、図面を参照しながら詳細に説明し
たように、本発明に係わる半導体レーザ素子によれば、
AlGaInP半導体およびGaInP半導体の少なく
ともいずれか一方の材料により第1および第2のクラッ
ド層を形成して、GaInAsP半導体を含む中間層を
第1および第2のクラッド層で挟むようにしたので、中
間層のGaとIn、およびAsとP、の組成比をそれぞ
れ変化させることによって中間層のバンドギャップをG
aAs半導体のバンドギャップに比べて大きくできる。
このため、中間層にGaAs半導体を使用する場合に比
べて、第1および第2のクラッド層と中間層との界面の
ヘテロ障壁が縮小される。したがって、半導体レーザ素
子の内部抵抗を低減できるので、素子の発熱が抑制され
ると共に、高光出力特性や信頼性が向上された半導体レ
ーザ素子を提供できる。
たように、本発明に係わる半導体レーザ素子によれば、
AlGaInP半導体およびGaInP半導体の少なく
ともいずれか一方の材料により第1および第2のクラッ
ド層を形成して、GaInAsP半導体を含む中間層を
第1および第2のクラッド層で挟むようにしたので、中
間層のGaとIn、およびAsとP、の組成比をそれぞ
れ変化させることによって中間層のバンドギャップをG
aAs半導体のバンドギャップに比べて大きくできる。
このため、中間層にGaAs半導体を使用する場合に比
べて、第1および第2のクラッド層と中間層との界面の
ヘテロ障壁が縮小される。したがって、半導体レーザ素
子の内部抵抗を低減できるので、素子の発熱が抑制され
ると共に、高光出力特性や信頼性が向上された半導体レ
ーザ素子を提供できる。
【0059】また、結晶格子のわずかな不整に起因する
歪みを内包するGaInAsP中間層を利用するように
すれば、クラッド層として使用しているAlGaInP
半導体およびGaInP半導体とほぼ同一のバンドギャ
ップを有することができるので、ヘテロ障壁をほぼ除去
できる。このため、半導体レーザ素子の内部抵抗が更に
低減される。
歪みを内包するGaInAsP中間層を利用するように
すれば、クラッド層として使用しているAlGaInP
半導体およびGaInP半導体とほぼ同一のバンドギャ
ップを有することができるので、ヘテロ障壁をほぼ除去
できる。このため、半導体レーザ素子の内部抵抗が更に
低減される。
【0060】本発明に係わる半導体レーザ素子の製造方
法によれば、中間層を構成するGaInAsP半導体
は、AsおよびPの両方を含む。このため、AlGaI
nP半導体およびGaInP半導体のいずれか一方を含
むクラッド層上に中間層の形成を開始する際、および中
間層上にクラッド層の形成を開始する際に、燐および砒
素の原料の不連続的な切り替えが不要になる。
法によれば、中間層を構成するGaInAsP半導体
は、AsおよびPの両方を含む。このため、AlGaI
nP半導体およびGaInP半導体のいずれか一方を含
むクラッド層上に中間層の形成を開始する際、および中
間層上にクラッド層の形成を開始する際に、燐および砒
素の原料の不連続的な切り替えが不要になる。
【0061】このため、いわゆる表面白濁等の結晶性の
劣化の発生が抑制され、また、結晶性の良好な半導体層
を得るために成長温度、原料切り替えのタイミングとい
った成長条件に関して十分な検討も不要になり、更に、
AlGaInP、GaInP半導体層とエッチング停止
層との間に緩衝層を挿入する必要性も無くなる。
劣化の発生が抑制され、また、結晶性の良好な半導体層
を得るために成長温度、原料切り替えのタイミングとい
った成長条件に関して十分な検討も不要になり、更に、
AlGaInP、GaInP半導体層とエッチング停止
層との間に緩衝層を挿入する必要性も無くなる。
【0062】したがって、クラッド層上に直接GaIn
AsP半導体からなるエッチング停止層の形成が可能に
なると共に、製造上の条件検討が簡素化された半導体レ
ーザ素子の製造方法が提供される。
AsP半導体からなるエッチング停止層の形成が可能に
なると共に、製造上の条件検討が簡素化された半導体レ
ーザ素子の製造方法が提供される。
【図1】図1は、本発明に従う半導体レーザ素子の構造
を表す一実施の形態を図示する斜視図である。
を表す一実施の形態を図示する斜視図である。
【図2】図2(a)および図2(b)は、図1に示した
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
【図3】図3(a)および図3(b)は、図1に示した
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
【図4】図4(a)および図4(b)は、図1に示した
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
1…半導体レーザ素子、2…第1導電型GaAs基板、
4…第1導電型下部クラッド層、6…アンドープ第1の
分離閉じ込めヘテロ構造層(下部SCH層)、8…アン
ドープ活性層、10…アンドープ第2の分離閉じ込めヘ
テロ構造層(上部SCH層)、12…第2導電型第1の
上部クラッド層、20…第2導電型第2の上部クラッド
部、22…第2導電型中間層部、24…第1導電型電流
ブロック層、28、30…オーミック電極、40…半導
体レーザ素子の出射端面、42…半導体レーザ素子の反
射端面、52…n型GaAs基板、54…n型GaIn
P下部クラッド層、56…アンドープGaInAsP下
部SCH層、58…アンドープGaInAs活性層、6
0…アンドープGaInAsP上部SCH層、62…p
型GaInP上部第1のクラッド層、64…p型GaI
nAsP中間層、66…p型GaInP上部第2のクラ
ッド層、68…エッチングマスク層、70…p型GaI
nP第2の上部クラッド部、72…p型GaInAsP
中間層部、74…n型AlGaInP電流ブロック層、
76…p型コンタクト層、78、80…オーミック電極
4…第1導電型下部クラッド層、6…アンドープ第1の
分離閉じ込めヘテロ構造層(下部SCH層)、8…アン
ドープ活性層、10…アンドープ第2の分離閉じ込めヘ
テロ構造層(上部SCH層)、12…第2導電型第1の
上部クラッド層、20…第2導電型第2の上部クラッド
部、22…第2導電型中間層部、24…第1導電型電流
ブロック層、28、30…オーミック電極、40…半導
体レーザ素子の出射端面、42…半導体レーザ素子の反
射端面、52…n型GaAs基板、54…n型GaIn
P下部クラッド層、56…アンドープGaInAsP下
部SCH層、58…アンドープGaInAs活性層、6
0…アンドープGaInAsP上部SCH層、62…p
型GaInP上部第1のクラッド層、64…p型GaI
nAsP中間層、66…p型GaInP上部第2のクラ
ッド層、68…エッチングマスク層、70…p型GaI
nP第2の上部クラッド部、72…p型GaInAsP
中間層部、74…n型AlGaInP電流ブロック層、
76…p型コンタクト層、78、80…オーミック電極
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に設けられた活性層と、 前記活性層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第1
のクラッド層と、 前記第1のクラッド層上に設けられ、GaInAsP半
導体を含む中間層と、 前記中間層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第2
のクラッド層と、を備える半導体レーザ素子。 - 【請求項2】 前記中間層は、前記半導体基板に対して
格子不整が±2%以内の範囲内にある、ことを特徴とす
る請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項3】 前記中間層のバンドギャップは、前記第
1および第2のクラッド層のバンドギャップの少なくと
も一方と略同一である、ことを特徴とする請求項1また
は請求項2に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項4】 前記活性層は、GaInAs半導体及び
GaInAsP半導体の少なくとも何れかを含み歪み量
子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項1〜請求
項3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項5】 基板上に設けられた活性層上に第1のク
ラッド層および第2のクラッド層を備える半導体レーザ
素子の製造方法であって、 前記活性層上に前記第1のクラッド層を設ける工程と、 前記第1のクラッド層上に中間層を設ける工程と、 前記中間層上に前記第2のクラッド層を設ける工程と、
を備え、 前記第1のクラッド層および前記第2のクラッド層は、
AlGaInP半導体およびGaInP半導体の少なく
ともいずれか一方を含み、 前記中間層は、GaInAsP半導体を含む、 半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記第2のクラッド層を前記中間層に対
して選択的にエッチングする工程を更に備える、ことを
特徴とする請求項5に記載の半導体レーザ素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22175898A JP2000058973A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22175898A JP2000058973A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000058973A true JP2000058973A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16771751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22175898A Pending JP2000058973A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000058973A (ja) |
-
1998
- 1998-08-05 JP JP22175898A patent/JP2000058973A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060209 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060214 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060704 |