JP2001102687A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 しきい値電流等のレーザ特性にばらつきが生
じないような構成を備えた半導体レーザ素子を提供す
る。 【解決手段】 本半導体レーザ素子２０は、リッジ型の
端面発光型レーザ素子であって、ｎ−ＩｎＰ基板２１上
に順次形成された、ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ＳＣＨ
−ＭＱＷ活性層２３、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２
４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、第２のｐ−ＩｎＰ
クラッド層２６、及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層２
７からなる積層構造を備える。第１のｐ−クラッド層を
含む上層は、ストライプ状リッジ３２になっている。第
１のｐ−クラッド層の上面には、２本の細溝３３がリッ
ジの延在方向と平行に相互に離隔した形成されていて、
被酸化層は、２本の細溝の溝壁上、及び、第１のｐ−ク
ラッド層上に成膜され、リッジ側面から細溝の外側の溝
壁までは、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層２８と
なっている。細溝により、被酸化層の酸化反応の領域的
進行を制御できる。
じないような構成を備えた半導体レーザ素子を提供す
る。 【解決手段】 本半導体レーザ素子２０は、リッジ型の
端面発光型レーザ素子であって、ｎ−ＩｎＰ基板２１上
に順次形成された、ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ＳＣＨ
−ＭＱＷ活性層２３、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２
４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、第２のｐ−ＩｎＰ
クラッド層２６、及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層２
７からなる積層構造を備える。第１のｐ−クラッド層を
含む上層は、ストライプ状リッジ３２になっている。第
１のｐ−クラッド層の上面には、２本の細溝３３がリッ
ジの延在方向と平行に相互に離隔した形成されていて、
被酸化層は、２本の細溝の溝壁上、及び、第１のｐ−ク
ラッド層上に成膜され、リッジ側面から細溝の外側の溝
壁までは、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層２８と
なっている。細溝により、被酸化層の酸化反応の領域的
進行を制御できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ａｌ酸化層により
形成された内部電流狭窄構造を有する半導体レーザ素子
に関し、更に詳細には、ウエハ面内及びウエハ間で、又
は半導体レーザ素子のバッチ式製造のウエハ・ロット間
で、レーザ特性がばらつかないようにした構成を備えた
半導体レーザ素子に関するものである。
形成された内部電流狭窄構造を有する半導体レーザ素子
に関し、更に詳細には、ウエハ面内及びウエハ間で、又
は半導体レーザ素子のバッチ式製造のウエハ・ロット間
で、レーザ特性がばらつかないようにした構成を備えた
半導体レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子では、Ａｌを含む半導
体層を発光領域の積層構造の一部として成膜し、Ａｌを
含む半導体層中のＡｌを選択的に酸化させてＡｌ酸化層
を形成し、そのＡｌ酸化層を電流ブロッキング層、即ち
電流狭窄構造として用いることが行われている。
体層を発光領域の積層構造の一部として成膜し、Ａｌを
含む半導体層中のＡｌを選択的に酸化させてＡｌ酸化層
を形成し、そのＡｌ酸化層を電流ブロッキング層、即ち
電流狭窄構造として用いることが行われている。
【０００３】ここで、図６を参照して、Ａｌ酸化層を電
流ブロッキング層として用いた従来のストライプ状リッ
ジ型半導体レーザ素子の構成を説明する。図６は従来の
半導体レーザ素子の断面模式図である。従来の半導体レ
ーザ素子１５は、端面発光型の半導体レーザ素子であっ
て、基本的には、図６に示すように、厚さ約１００μm
のｎ−ＩｎＰ基板１と、ｎ−ＩｎＰ基板１上に順次形成
された、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性
層３、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＡｌＩｎＡ
ｓ被酸化層５、第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６、及びｐ
−ＧａＩｎＡｓコンタクト層７からなる積層構造を備え
ている。積層構造のうち、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層
４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５、第２のｐ−ＩｎＰク
ラッド層６、及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層７は、
幅が約１０μｍのストライプ状リッジ１２として形成さ
れている。また、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５のリッジ
側面部は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層８とな
っている。
流ブロッキング層として用いた従来のストライプ状リッ
ジ型半導体レーザ素子の構成を説明する。図６は従来の
半導体レーザ素子の断面模式図である。従来の半導体レ
ーザ素子１５は、端面発光型の半導体レーザ素子であっ
て、基本的には、図６に示すように、厚さ約１００μm
のｎ−ＩｎＰ基板１と、ｎ−ＩｎＰ基板１上に順次形成
された、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性
層３、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＡｌＩｎＡ
ｓ被酸化層５、第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６、及びｐ
−ＧａＩｎＡｓコンタクト層７からなる積層構造を備え
ている。積層構造のうち、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層
４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５、第２のｐ−ＩｎＰク
ラッド層６、及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層７は、
幅が約１０μｍのストライプ状リッジ１２として形成さ
れている。また、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５のリッジ
側面部は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層８とな
っている。
【０００４】窓１３であるリッジ上部の領域を除く領域
上にＳｉＮX 膜９が保護膜として形成されている。そし
て、ｐ側電極１０が、リッジ上部の窓１３の領域を含め
てＳｉＮX 膜９上に、及びｎ側電極１１がｎ−ＩｎＰ基
板裏面にそれぞれ形成されている。
上にＳｉＮX 膜９が保護膜として形成されている。そし
て、ｐ側電極１０が、リッジ上部の窓１３の領域を含め
てＳｉＮX 膜９上に、及びｎ側電極１１がｎ−ＩｎＰ基
板裏面にそれぞれ形成されている。
【０００５】本半導体レーザ素子１５では、Ａｌ酸化層
８が電気的絶縁特性を有すると共に光学的にも屈折率が
低下しているので、Ａｌ酸化膜８により電流及び光の閉
じ込めの双方を行うことができる優れた閉じ込め構造が
形成されている。
８が電気的絶縁特性を有すると共に光学的にも屈折率が
低下しているので、Ａｌ酸化膜８により電流及び光の閉
じ込めの双方を行うことができる優れた閉じ込め構造が
形成されている。
【０００６】次に、図７を参照して、従来の半導体レー
ザ素子１５の作製方法を説明する。図７（ａ）から
（ｃ）は、それぞれ、従来の半導体レーザ素子１５を作
製する際の工程毎の基板断面を示す縦断面図である。先
ず、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、順
次、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
３、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ
被酸化層５、第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６、及びｐ−
ＧａＩｎＡｓコンタクト層７を成膜して、図７（ａ）に
示すように、積層構造を形成する。次に、ＳｉＯ2膜か
らなるマスク１４をコンタクト層７上に形成し、続いて
マスク１４を使って、コンタクト層７、第２のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層６、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５、及び第
１のｐ−ＩｎＰクラッド層４をエッチングして除去し、
図７（ｂ）に示すように、幅１０μｍのストライプ状リ
ッジを形成する。次に、マスク１４を残したままで、水
蒸気中にて、約５００℃の温度で１５０分間熱処理を施
すことにより、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５のＡｌをリ
ッジ側面から選択的に酸化させ、図７（ｃ）に示すよう
に、Ａｌ酸化層８を形成する。
ザ素子１５の作製方法を説明する。図７（ａ）から
（ｃ）は、それぞれ、従来の半導体レーザ素子１５を作
製する際の工程毎の基板断面を示す縦断面図である。先
ず、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、順
次、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
３、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ
被酸化層５、第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６、及びｐ−
ＧａＩｎＡｓコンタクト層７を成膜して、図７（ａ）に
示すように、積層構造を形成する。次に、ＳｉＯ2膜か
らなるマスク１４をコンタクト層７上に形成し、続いて
マスク１４を使って、コンタクト層７、第２のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層６、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５、及び第
１のｐ−ＩｎＰクラッド層４をエッチングして除去し、
図７（ｂ）に示すように、幅１０μｍのストライプ状リ
ッジを形成する。次に、マスク１４を残したままで、水
蒸気中にて、約５００℃の温度で１５０分間熱処理を施
すことにより、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５のＡｌをリ
ッジ側面から選択的に酸化させ、図７（ｃ）に示すよう
に、Ａｌ酸化層８を形成する。
【０００７】次に、窓１３とするリッジ上部の領域を除
く領域上にＳｉＮX 膜９を保護膜として形成する。続い
て、ｎ−ＩｎＰ基板１の厚さが１００μｍ程度の厚さに
なるように基板裏面を研磨し、ｐ側電極１０をリッジ上
部の窓１３の領域を含めてＳｉＮX 膜９上に、及びｎ側
電極１１を基板裏面にそれぞれ形成する。
く領域上にＳｉＮX 膜９を保護膜として形成する。続い
て、ｎ−ＩｎＰ基板１の厚さが１００μｍ程度の厚さに
なるように基板裏面を研磨し、ｐ側電極１０をリッジ上
部の窓１３の領域を含めてＳｉＮX 膜９上に、及びｎ側
電極１１を基板裏面にそれぞれ形成する。
【０００８】半導体レーザ素子の上述した作製方法は、
閉じ込め構造の形成を除き、基本的には、通常のリッジ
型の端面発光型半導体レーザ素子の作製方法と同じであ
るものの、次の利点を有する。即ち、上述した作製方法
では、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５を結晶成長させ、次
いで酸化させる、一回の結晶成長及び酸化工程にて、閉
じ込め構造を形成することができるので、ｐ−半導体層
とｎ−半導体層とを成膜して、リッジ構造を埋め込み、
ｐ−ｎ接合分離により形成した通常の閉じ込め構造の形
成方法に比べて、製造工程が簡単で、素子の歩留まり向
上や低コスト化が期待できる。
閉じ込め構造の形成を除き、基本的には、通常のリッジ
型の端面発光型半導体レーザ素子の作製方法と同じであ
るものの、次の利点を有する。即ち、上述した作製方法
では、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層５を結晶成長させ、次
いで酸化させる、一回の結晶成長及び酸化工程にて、閉
じ込め構造を形成することができるので、ｐ−半導体層
とｎ−半導体層とを成膜して、リッジ構造を埋め込み、
ｐ−ｎ接合分離により形成した通常の閉じ込め構造の形
成方法に比べて、製造工程が簡単で、素子の歩留まり向
上や低コスト化が期待できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したＡｌ
酸化層を電流ブロッキング層とした従来の半導体レーザ
素子には、枚葉式で半導体レーザ素子を製造する際のウ
エハ間で、又は複数枚のウエハにバッチ式で半導体レー
ザ素子を製造する際のウエハ・ロット間で、しきい値電
流等のレーザ特性にばらつきが生じるという問題があっ
た。
酸化層を電流ブロッキング層とした従来の半導体レーザ
素子には、枚葉式で半導体レーザ素子を製造する際のウ
エハ間で、又は複数枚のウエハにバッチ式で半導体レー
ザ素子を製造する際のウエハ・ロット間で、しきい値電
流等のレーザ特性にばらつきが生じるという問題があっ
た。
【００１０】そこで、本発明の目的は、しきい値電流等
のレーザ特性にばらつきが生じないような構成を備えた
半導体レーザ素子を提供することである。
のレーザ特性にばらつきが生じないような構成を備えた
半導体レーザ素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、Ａｌ酸化層
を電流ブロッキング層とした従来の半導体レーザ素子
で、しきい値電流等のレーザ特性がばらつく原因を調
べ、次のことを見い出した。ＡｌＩｎＡｓ被酸化層を酸
化してＡｌ酸化層に転化する工程では、酸化反応の領域
的進行を停止する停止機構が設けられていないので、従
来、酸化反応の時間を調整することによって、Ａｌ酸化
層の酸化層幅を制御していたが、時間調整による酸化反
応の制御は難しく、ウエハ間で、更にはバッチ製造のウ
エハ・ロット間で、Ａｌ酸化層の酸化層幅にばらつきが
生じることが判った。そして、Ａｌ酸化層を電流ブロッ
キング層とする半導体レーザ素子では、Ａｌ酸化層の幅
が、即ち電流注入領域の幅となるため、Ａｌ酸化層の幅
がばらつくと、電流注入領域の幅がばらつき、従ってレ
ーザ特性に直接ばらつきが反映されてしまい、結果的
に、しきい値電流等のレーザ特性にばらつきが生じるこ
とが判った。
を電流ブロッキング層とした従来の半導体レーザ素子
で、しきい値電流等のレーザ特性がばらつく原因を調
べ、次のことを見い出した。ＡｌＩｎＡｓ被酸化層を酸
化してＡｌ酸化層に転化する工程では、酸化反応の領域
的進行を停止する停止機構が設けられていないので、従
来、酸化反応の時間を調整することによって、Ａｌ酸化
層の酸化層幅を制御していたが、時間調整による酸化反
応の制御は難しく、ウエハ間で、更にはバッチ製造のウ
エハ・ロット間で、Ａｌ酸化層の酸化層幅にばらつきが
生じることが判った。そして、Ａｌ酸化層を電流ブロッ
キング層とする半導体レーザ素子では、Ａｌ酸化層の幅
が、即ち電流注入領域の幅となるため、Ａｌ酸化層の幅
がばらつくと、電流注入領域の幅がばらつき、従ってレ
ーザ特性に直接ばらつきが反映されてしまい、結果的
に、しきい値電流等のレーザ特性にばらつきが生じるこ
とが判った。
【００１２】ところで、ＡｌＩｎＡｓ被酸化層を成膜
し、続いて必要な層幅を残すようにしてＡｌＩｎＡｓ被
酸化層をエッチングにより除去し、その上に所定の化合
物半導体層を結晶成長させた後、ＡｌＩｎＡｓ被酸化層
を酸化することにより、必要な幅のＡｌ酸化層を形成す
る方法も提案されている。しかし、この方法では、Ａｌ
を含む被酸化層を大気中に暴露するため、Ａｌを含む被
酸化層が大気中の酸素により自然酸化するために、再成
長界面で転位が発生し、良好な結晶成長を行うことが難
しいという問題があった。
し、続いて必要な層幅を残すようにしてＡｌＩｎＡｓ被
酸化層をエッチングにより除去し、その上に所定の化合
物半導体層を結晶成長させた後、ＡｌＩｎＡｓ被酸化層
を酸化することにより、必要な幅のＡｌ酸化層を形成す
る方法も提案されている。しかし、この方法では、Ａｌ
を含む被酸化層を大気中に暴露するため、Ａｌを含む被
酸化層が大気中の酸素により自然酸化するために、再成
長界面で転位が発生し、良好な結晶成長を行うことが難
しいという問題があった。
【００１３】そこで、上記目的を達成するために、本発
明に係る半導体レーザ素子は、Ａｌを含む化合物半導体
層のＡｌを選択的に酸化してなるＡｌ酸化層によって形
成された電流狭窄領域を活性層の少なくとも一方の面側
の下地層上に備える半導体レーザ素子において、少なく
とも１本の細溝が、Ａｌを含む化合物半導体層の下地層
の上面に電流狭窄領域の内縁に沿って形成され、Ａｌを
含む化合物半導体層が、下地層の細溝の溝壁上に溝壁に
沿って、及び、溝壁上に連続して下地層上に設けられ、
最外側の細溝の外側に延在するＡｌを含む化合物半導体
層は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層に転化して
電流狭窄領域を構成し、最内側の細溝の内側に延在する
Ａｌを含む化合物半導体層は、Ａｌが未酸化の電流注入
領域を構成することを特徴としている。
明に係る半導体レーザ素子は、Ａｌを含む化合物半導体
層のＡｌを選択的に酸化してなるＡｌ酸化層によって形
成された電流狭窄領域を活性層の少なくとも一方の面側
の下地層上に備える半導体レーザ素子において、少なく
とも１本の細溝が、Ａｌを含む化合物半導体層の下地層
の上面に電流狭窄領域の内縁に沿って形成され、Ａｌを
含む化合物半導体層が、下地層の細溝の溝壁上に溝壁に
沿って、及び、溝壁上に連続して下地層上に設けられ、
最外側の細溝の外側に延在するＡｌを含む化合物半導体
層は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層に転化して
電流狭窄領域を構成し、最内側の細溝の内側に延在する
Ａｌを含む化合物半導体層は、Ａｌが未酸化の電流注入
領域を構成することを特徴としている。
【００１４】本発明は、Ａｌ酸化層によって形成された
電流狭窄領域を備える半導体レーザ素子である限り適用
でき、例えばストライプ状リッジ型の端面発光型半導体
レーザ素子にも、エアポスト型の面発光型半導体レーザ
素子にも適用できる。即ち、ストライプ状電流注入領域
を挟んで、ストライプ状リッジ内の両側部にそれぞれ電
流狭窄領域を有する半導体レーザ素子にあっては、少な
くとも１本の細溝が、各電流狭窄領域の内縁に沿って下
地層の上面に形成されている。また、電流注入領域を囲
んでエアポストの外周部に電流狭窄領域を有する半導体
レーザにあっては、少なくとも１本の細溝が、電流狭窄
領域の内周縁に沿って下地層の上面に形成されている。
電流狭窄領域を備える半導体レーザ素子である限り適用
でき、例えばストライプ状リッジ型の端面発光型半導体
レーザ素子にも、エアポスト型の面発光型半導体レーザ
素子にも適用できる。即ち、ストライプ状電流注入領域
を挟んで、ストライプ状リッジ内の両側部にそれぞれ電
流狭窄領域を有する半導体レーザ素子にあっては、少な
くとも１本の細溝が、各電流狭窄領域の内縁に沿って下
地層の上面に形成されている。また、電流注入領域を囲
んでエアポストの外周部に電流狭窄領域を有する半導体
レーザにあっては、少なくとも１本の細溝が、電流狭窄
領域の内周縁に沿って下地層の上面に形成されている。
【００１５】本発明では、Ａｌを含む化合物半導体層の
下地層に細溝を設け、次いでＡｌを含む化合物半導体層
を下地層上及び細溝内の溝壁上に成膜することにより、
Ａｌを含む化合物半導体層を酸化する際、細溝の外側に
延在するＡｌを含む化合物半導体層のみを酸化すること
ができる。それは、細溝に沿って設けられているＡｌを
含む化合物半導体層の長さ（酸化長さ）は、細溝と同じ
幅で、細溝の外側の平坦なＡｌを含む化合物半導体層の
長さ（酸化長さ）と比較した場合、溝壁の高さの両側分
だけ長いので、Ａｌを含む化合物半導体層中のＡｌを選
択的に酸化させてＡｌ酸化層を生成する際、細溝の外側
に比べて、酸化に要する時間がそれだけ長くなる。よっ
て、Ａｌを含む化合物半導体層の酸化速度がばらついた
場合でも、細溝の酸化距離の調整機能によって、Ａｌ酸
化層の生成は、細溝内で停止し、細溝を越えて内側には
進行しないからである。従って、細溝の位置、寸法を調
整することにより、Ａｌ酸化層幅がばらつかないよう
に、Ａｌを含む化合物半導体層の酸化反応の領域的進行
を確実に制御することができる。よって、電流注入領域
幅のばらつきを抑制し、レーザ特性のばらつきを低減す
ることができる。
下地層に細溝を設け、次いでＡｌを含む化合物半導体層
を下地層上及び細溝内の溝壁上に成膜することにより、
Ａｌを含む化合物半導体層を酸化する際、細溝の外側に
延在するＡｌを含む化合物半導体層のみを酸化すること
ができる。それは、細溝に沿って設けられているＡｌを
含む化合物半導体層の長さ（酸化長さ）は、細溝と同じ
幅で、細溝の外側の平坦なＡｌを含む化合物半導体層の
長さ（酸化長さ）と比較した場合、溝壁の高さの両側分
だけ長いので、Ａｌを含む化合物半導体層中のＡｌを選
択的に酸化させてＡｌ酸化層を生成する際、細溝の外側
に比べて、酸化に要する時間がそれだけ長くなる。よっ
て、Ａｌを含む化合物半導体層の酸化速度がばらついた
場合でも、細溝の酸化距離の調整機能によって、Ａｌ酸
化層の生成は、細溝内で停止し、細溝を越えて内側には
進行しないからである。従って、細溝の位置、寸法を調
整することにより、Ａｌ酸化層幅がばらつかないよう
に、Ａｌを含む化合物半導体層の酸化反応の領域的進行
を確実に制御することができる。よって、電流注入領域
幅のばらつきを抑制し、レーザ特性のばらつきを低減す
ることができる。
【００１６】本発明の好適な実施態様では、細溝内の対
向する溝側壁にそれぞれ設けられたＡｌを含む化合物半
導体層は、埋め込み層によって相互に離隔している。こ
れにより、本発明の効果が一層確実になる。
向する溝側壁にそれぞれ設けられたＡｌを含む化合物半
導体層は、埋め込み層によって相互に離隔している。こ
れにより、本発明の効果が一層確実になる。
【００１７】細溝の寸法、即ち深さ及び幅は、また、細
溝が複数本のときの細溝間のピッチは、Ａｌを含む化合
物半導体層の厚さ、及び、Ａｌ酸化層からなる電流狭窄
領域と活性層との距離によって異なるので、適宜、半導
体レーザ素子の構造に応じて設定すべきものである。ま
た、本発明では、電流狭窄領域の内縁に沿って設ける細
溝は、酸化距離を長くするためのものであるから、その
数は、１本又は複数本であって、本数に制約はない。し
かし、製造面上の制約等と効果の比較から、現実的に
は、３本位までのことが多い。また、細溝の形状は、酸
化距離を長くできる限り形状に制約はなく、チャンネル
状の細溝に限らず、例えばＵ字状のものでも、Ｖ字状の
ものでも良い。
溝が複数本のときの細溝間のピッチは、Ａｌを含む化合
物半導体層の厚さ、及び、Ａｌ酸化層からなる電流狭窄
領域と活性層との距離によって異なるので、適宜、半導
体レーザ素子の構造に応じて設定すべきものである。ま
た、本発明では、電流狭窄領域の内縁に沿って設ける細
溝は、酸化距離を長くするためのものであるから、その
数は、１本又は複数本であって、本数に制約はない。し
かし、製造面上の制約等と効果の比較から、現実的に
は、３本位までのことが多い。また、細溝の形状は、酸
化距離を長くできる限り形状に制約はなく、チャンネル
状の細溝に限らず、例えばＵ字状のものでも、Ｖ字状の
ものでも良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施
形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体レー
ザ素子の構成を示す断面図、及び図２（ａ）及び（ｂ）
はＡ部の第１のｐ−ＩｎＰクラッド層の細溝及びｐ−Ａ
ｌＩｎＡｓ被酸化層の拡大断面図である。図３は、細溝
の別の例を示す断面図である。本実施形態例の半導体レ
ーザ素子２０は、ストライプ状リッジ型の端面発光型半
導体レーザ素子であって、図１に示すように、厚さ約１
００μm のｎ−ＩｎＰ基板２１上に順次形成された、膜
厚０．５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層２２、バンドギャ
ップ波長が１．３μｍの組成のＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２
３、膜厚０．２μｍの第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２
４、膜厚０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、
膜厚２．０μｍの第２のｐ−ＩｎＰクラッド層２６、及
び膜厚０．３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層２７
からなる積層構造を備えている。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施
形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体レー
ザ素子の構成を示す断面図、及び図２（ａ）及び（ｂ）
はＡ部の第１のｐ−ＩｎＰクラッド層の細溝及びｐ−Ａ
ｌＩｎＡｓ被酸化層の拡大断面図である。図３は、細溝
の別の例を示す断面図である。本実施形態例の半導体レ
ーザ素子２０は、ストライプ状リッジ型の端面発光型半
導体レーザ素子であって、図１に示すように、厚さ約１
００μm のｎ−ＩｎＰ基板２１上に順次形成された、膜
厚０．５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層２２、バンドギャ
ップ波長が１．３μｍの組成のＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２
３、膜厚０．２μｍの第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２
４、膜厚０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、
膜厚２．０μｍの第２のｐ−ＩｎＰクラッド層２６、及
び膜厚０．３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層２７
からなる積層構造を備えている。
【００１９】積層構造のうち、第１のｐ−ＩｎＰクラッ
ド層２４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、第２のｐ−
ＩｎＰクラッド層２６、及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタク
ト層２７は、幅が約１０μｍのストライプ状リッジ３２
として形成されている。
ド層２４、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、第２のｐ−
ＩｎＰクラッド層２６、及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタク
ト層２７は、幅が約１０μｍのストライプ状リッジ３２
として形成されている。
【００２０】第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２４の上面に
は、２本の細溝３３がリッジ３２の延在方向と平行に相
互に離隔した形成されていて、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化
層２５は、図２（ａ）に示すように、第１のｐ−ＩｎＰ
クラッド層２４の２本の細溝３３の溝壁上、及び、第１
のｐ−ＩｎＰクラッド層２４上に成膜されている。細溝
３３の間隔（ピッチ）Ｐは、３．０μｍのであって、２
本の細溝３３間の中点は、電流注入領域（窓３４）の長
手方向中心線の直下にある。また、細溝３３の溝深さＤ
及び溝幅Ｗは、それぞれ、０．１５μｍ及び０．３μｍ
である。そして、図２（ｂ）に示すように、リッジ側面
から細溝３３の外側の溝壁までのｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸
化層２５は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層２８
となっている。一方、２本の細溝３３の間のｐ−ＡｌＩ
ｎＡｓ被酸化層２５は未酸化のままである。
は、２本の細溝３３がリッジ３２の延在方向と平行に相
互に離隔した形成されていて、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化
層２５は、図２（ａ）に示すように、第１のｐ−ＩｎＰ
クラッド層２４の２本の細溝３３の溝壁上、及び、第１
のｐ−ＩｎＰクラッド層２４上に成膜されている。細溝
３３の間隔（ピッチ）Ｐは、３．０μｍのであって、２
本の細溝３３間の中点は、電流注入領域（窓３４）の長
手方向中心線の直下にある。また、細溝３３の溝深さＤ
及び溝幅Ｗは、それぞれ、０．１５μｍ及び０．３μｍ
である。そして、図２（ｂ）に示すように、リッジ側面
から細溝３３の外側の溝壁までのｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸
化層２５は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層２８
となっている。一方、２本の細溝３３の間のｐ−ＡｌＩ
ｎＡｓ被酸化層２５は未酸化のままである。
【００２１】窓３４であるリッジ上部の領域を除く領域
上にＳｉＮX 膜２９が保護膜として形成されている。そ
して、ｐ側電極３０が、リッジ上部の窓３３の領域を含
めてＳｉＮX 膜２９上に、及びｎ側電極３１がｎ−Ｉｎ
Ｐ基板２１の裏面にそれぞれ形成されている。
上にＳｉＮX 膜２９が保護膜として形成されている。そ
して、ｐ側電極３０が、リッジ上部の窓３３の領域を含
めてＳｉＮX 膜２９上に、及びｎ側電極３１がｎ−Ｉｎ
Ｐ基板２１の裏面にそれぞれ形成されている。
【００２２】図４及び図５を参照して、本実施形態例の
半導体レーザ素子の作製方法を説明する。図４（ａ）か
ら（ｃ）及び図５（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、本実
施形態例の半導体レーザ素子を作製する際の各工程の断
面図である。先ず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に、膜厚０．５μｍ
のｎ−ＩｎＰクラッド層２２、バンドギャップ波長が
１．３μｍの組成の活性層ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２３、
膜厚０．２μｍの第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２４を、
順次、積層する。
半導体レーザ素子の作製方法を説明する。図４（ａ）か
ら（ｃ）及び図５（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、本実
施形態例の半導体レーザ素子を作製する際の各工程の断
面図である。先ず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に、膜厚０．５μｍ
のｎ−ＩｎＰクラッド層２２、バンドギャップ波長が
１．３μｍの組成の活性層ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２３、
膜厚０．２μｍの第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２４を、
順次、積層する。
【００２３】次に、図２（ａ）及び図４（ｂ）に示すよ
うに、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＢＥ（Reactive
Ion Beam Etching ）法を使ったドライエッチングによ
り、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２４をエッチングし、
間隔Ｐ３．０μｍで、幅Ｗ０．３μｍ、深さＤ０．１５
μｍの２本の細溝３３を形成する。次に、図２（ｂ）及
び図４（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、膜厚
０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５を第１のｐ
−ＩｎＰクラッド層２４上に細溝３３の溝壁に沿って成
膜する。
うに、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＢＥ（Reactive
Ion Beam Etching ）法を使ったドライエッチングによ
り、第１のｐ−ＩｎＰクラッド層２４をエッチングし、
間隔Ｐ３．０μｍで、幅Ｗ０．３μｍ、深さＤ０．１５
μｍの２本の細溝３３を形成する。次に、図２（ｂ）及
び図４（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、膜厚
０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５を第１のｐ
−ＩｎＰクラッド層２４上に細溝３３の溝壁に沿って成
膜する。
【００２４】続いて、図５（ｄ）に示すように、ｐ−Ａ
ｌＩｎＡｓ被酸化層２５上に、更に、ＭＯＣＶＤ法によ
り、膜厚２．０μｍの第２のｐ−ＩｎＰクラッド層２
６、及び膜厚０．３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト
層２７を、順次、積層する。
ｌＩｎＡｓ被酸化層２５上に、更に、ＭＯＣＶＤ法によ
り、膜厚２．０μｍの第２のｐ−ＩｎＰクラッド層２
６、及び膜厚０．３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト
層２７を、順次、積層する。
【００２５】次に、ＳｉＯ2膜をコンタクト層２７上に
成膜し、パターニングしてエッチングマスク３５を形成
する。そして、図５（ｅ）に示すように、エッチングマ
スク３５を使って、コンタクト層２７、第２のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２６、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、及
びｐ−ＩｎＰクラッド層２４をエッチングして、幅１０
μｍのストライプ状リッジ３２に加工する。この時、リ
ッジ３２の長手方向中心線が細溝３３の中点上に来るよ
うにする。
成膜し、パターニングしてエッチングマスク３５を形成
する。そして、図５（ｅ）に示すように、エッチングマ
スク３５を使って、コンタクト層２７、第２のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２６、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５、及
びｐ−ＩｎＰクラッド層２４をエッチングして、幅１０
μｍのストライプ状リッジ３２に加工する。この時、リ
ッジ３２の長手方向中心線が細溝３３の中点上に来るよ
うにする。
【００２６】次に、リッジ状に加工したものを、水蒸気
中にて約５００℃の温度で１２０分間熱処理を施すこと
により、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５を側面から酸化
して、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５中のＡｌを選択的
に酸化して、Ａｌ酸化層２８を形成する。この際、細溝
３３が酸化反応の停止域の機能を果して、図２（ｂ）及
び図５（ｆ）に示すように、Ａｌの選択的酸化は、細溝
３３の外側溝壁で停止する。次に、窓３４のリッジ上部
を除く部分に、ＳｉＮｘ膜２９を形成した後、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板２１を１００μｍ程度の厚さに研磨し、ｐ電極３
０及びｎ側電極３１をそれぞれ形成する。以上の工程を
経て、図１に示す半導体レーザ素子２０を作製すること
ができる。
中にて約５００℃の温度で１２０分間熱処理を施すこと
により、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５を側面から酸化
して、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層２５中のＡｌを選択的
に酸化して、Ａｌ酸化層２８を形成する。この際、細溝
３３が酸化反応の停止域の機能を果して、図２（ｂ）及
び図５（ｆ）に示すように、Ａｌの選択的酸化は、細溝
３３の外側溝壁で停止する。次に、窓３４のリッジ上部
を除く部分に、ＳｉＮｘ膜２９を形成した後、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板２１を１００μｍ程度の厚さに研磨し、ｐ電極３
０及びｎ側電極３１をそれぞれ形成する。以上の工程を
経て、図１に示す半導体レーザ素子２０を作製すること
ができる。
【００２７】本実施形態例では、例えば、Ａｌ酸化層の
層幅を３．０μｍにするために、間隔３．０μｍの細溝
３３を形成した場合、電流注入領域の幅を２．８μｍ以
上３．２μｍ以下の範囲に収めることができる。一方、
従来の半導体レーザ素子では、酸化工程でのＡｌＩｎＡ
ｓ層の酸化幅のばらつきが片側で±０．２５μｍ程度で
あるから、電流注入領域の幅は、２．５μｍ以上３．５
μｍ以下の範囲で変動し、ばらつきが大きい。従って、
本実施形態例の半導体レーザ素子では、しきい値電流等
のレーザ特性のばらつきが、従来の半導体レーザ素子に
比べて小さい。
層幅を３．０μｍにするために、間隔３．０μｍの細溝
３３を形成した場合、電流注入領域の幅を２．８μｍ以
上３．２μｍ以下の範囲に収めることができる。一方、
従来の半導体レーザ素子では、酸化工程でのＡｌＩｎＡ
ｓ層の酸化幅のばらつきが片側で±０．２５μｍ程度で
あるから、電流注入領域の幅は、２．５μｍ以上３．５
μｍ以下の範囲で変動し、ばらつきが大きい。従って、
本実施形態例の半導体レーザ素子では、しきい値電流等
のレーザ特性のばらつきが、従来の半導体レーザ素子に
比べて小さい。
【００２８】尚、細溝３３の深さや幅は、ＡｌＩｎＡｓ
被酸化層２５の厚さ、Ａｌ酸化層２８からなる電流狭窄
領域と活性層２３との距離等によって異なる寸法であっ
て、本実施形態例で採用した寸法に限定されるものでは
ない。また、本実施形態例では、積層面に垂直方向の酸
化距離のばらつきを調整する手段として、片側に１本の
細溝３３を形成しているが、これに限らず、複数本の細
溝、例えば図３に示すように、片側３本の細溝３６を形
成しても良い。この時の細溝のピッチ、各細溝の幅、深
さは、ＡｌＩｎＡｓ被酸化層の厚さ、酸化層電流狭窄層
と活性層との距離等によって異なる。また、細溝の形状
に関しても、本実施形態例で示したチャンネル状の細溝
３３に限らず、例えばＵ字状のものでも、Ｖ字状のもの
でも良い。
被酸化層２５の厚さ、Ａｌ酸化層２８からなる電流狭窄
領域と活性層２３との距離等によって異なる寸法であっ
て、本実施形態例で採用した寸法に限定されるものでは
ない。また、本実施形態例では、積層面に垂直方向の酸
化距離のばらつきを調整する手段として、片側に１本の
細溝３３を形成しているが、これに限らず、複数本の細
溝、例えば図３に示すように、片側３本の細溝３６を形
成しても良い。この時の細溝のピッチ、各細溝の幅、深
さは、ＡｌＩｎＡｓ被酸化層の厚さ、酸化層電流狭窄層
と活性層との距離等によって異なる。また、細溝の形状
に関しても、本実施形態例で示したチャンネル状の細溝
３３に限らず、例えばＵ字状のものでも、Ｖ字状のもの
でも良い。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、Ａｌを含む化合物半導
体層の下地層に細溝を設け、次いでＡｌを含む化合物半
導体層を下地層上及び細溝内の溝壁上に成膜することに
より、Ａｌを含む化合物半導体層を酸化する際、細溝の
外側に延在するＡｌを含む化合物半導体層のみを酸化す
ることができる。即ち、細溝の酸化距離のばらつき調整
機能によって、Ａｌを含む化合物半導体層の酸化反応の
積層面に垂直方向での進行を確実に制御することができ
るので、積層面に垂直な方向でのＡｌ酸化層幅がばらつ
かない。よって、電流注入領域幅のばらつきを抑制し
て、レーザ特性のばらつきを低減することができる。
体層の下地層に細溝を設け、次いでＡｌを含む化合物半
導体層を下地層上及び細溝内の溝壁上に成膜することに
より、Ａｌを含む化合物半導体層を酸化する際、細溝の
外側に延在するＡｌを含む化合物半導体層のみを酸化す
ることができる。即ち、細溝の酸化距離のばらつき調整
機能によって、Ａｌを含む化合物半導体層の酸化反応の
積層面に垂直方向での進行を確実に制御することができ
るので、積層面に垂直な方向でのＡｌ酸化層幅がばらつ
かない。よって、電流注入領域幅のばらつきを抑制し
て、レーザ特性のばらつきを低減することができる。
【図１】実施形態例の半導体レーザ素子の構成を示す断
面図である。
面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１のＡ
部の第１のｐ−ＩｎＰクラッド層の細溝及びｐ−ＡｌＩ
ｎＡｓ被酸化層の拡大断面図である。
部の第１のｐ−ＩｎＰクラッド層の細溝及びｐ−ＡｌＩ
ｎＡｓ被酸化層の拡大断面図である。
【図３】細溝の別の例を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例の半導体レーザ素子を作製する際の各工程の断面図で
ある。
例の半導体レーザ素子を作製する際の各工程の断面図で
ある。
【図５】図５（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、図４
（ｃ）に続いて、実施形態例の半導体レーザ素子を作製
する際の各工程の断面図である。
（ｃ）に続いて、実施形態例の半導体レーザ素子を作製
する際の各工程の断面図である。
【図６】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【図７】図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、従来の半
導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面図である。
導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面図である。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ３ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層 ４ 第１のｐ−ＩｎＰクラッド層 ５ ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層 ６ 第２のｐ−ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ８ Ａｌ酸化層 ９ ＳｉＮX 膜 １０ ｐ側電極 １１ ｎ側電極 １２ ストライプ状リッジ １３ 窓 １４ マスク １５ 従来の半導体レーザ素子 ２０ 実施形態例の半導体レーザ素子 ２１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ２３ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層 ２４ 第１のｐ−ＩｎＰクラッド層 ２５ ｐ−ＡｌＩｎＡｓ被酸化層 ２６ 第２のｐ−ＩｎＰクラッド層 ２７ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ２８ Ａｌ酸化層 ２９ ＳｉＮX 膜 ３０ ｐ側電極 ３１ ｎ側電極 ３２ ストライプ状リッジ ３３ 細溝 ３４ 窓 ３５ マスク ３６ 細溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粕川 秋彦 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 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA74 CA12 CB02 DA05 DA25 DA27 EA23
Claims (4)
- 【請求項１】 Ａｌを含む化合物半導体層のＡｌを選択
的に酸化してなるＡｌ酸化層によって形成された電流狭
窄領域を活性層の少なくとも一方の面側の下地層上に備
える半導体レーザ素子において、 少なくとも１本の細溝が、Ａｌを含む化合物半導体層の
下地層の上面に電流狭窄領域の内縁に沿って形成され、 Ａｌを含む化合物半導体層が、下地層の細溝の溝壁上に
溝壁に沿って、及び、溝壁上に連続して下地層上に設け
られ、 最外側の細溝の外側に延在するＡｌを含む化合物半導体
層は、Ａｌが選択的に酸化されたＡｌ酸化層に転化して
電流狭窄領域を構成し、 最内側の細溝の内側に延在するＡｌを含む化合物半導体
層は、Ａｌが未酸化の電流注入領域を構成することを特
徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 ストライプ状電流注入領域を挟んで、ス
トライプ状リッジ内の両側部にそれぞれ電流狭窄領域を
有する半導体レーザ素子にあっては、 少なくとも１本の細溝が、各電流狭窄領域の内縁に沿っ
て下地層の上面に形成されてい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】 電流注入領域を囲んでエアポストの外周
部に電流狭窄領域を有する半導体レーザにあっては、 少なくとも１本の細溝が、電流狭窄領域の内周縁に沿っ
て下地層の上面に形成されてい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４】 細溝内の対向する溝側壁にそれぞれ設け
られたＡｌを含む化合物半導体層は、埋め込み層によっ
て相互に離隔していることを特徴とする請求項１から３
のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27843099A JP4550189B2 (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27843099A JP4550189B2 (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102687A true JP2001102687A (ja) | 2001-04-13 |
| JP4550189B2 JP4550189B2 (ja) | 2010-09-22 |
Family
ID=17597248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27843099A Expired - Fee Related JP4550189B2 (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 半導体レーザ素子 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH104239A (ja) * | 1996-06-17 | 1998-01-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子 |
| JPH10125999A (ja) * | 1996-09-02 | 1998-05-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 面発光半導体レーザおよびその製造方法 |
| JPH10163194A (ja) * | 1996-11-26 | 1998-06-19 | Xerox Corp | 多層半導体構造体の酸化制御方法 |
| JPH1187837A (ja) * | 1997-09-08 | 1999-03-30 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JPH11145567A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-05-28 | Xerox Corp | 半導体レーザアレー |
| JPH11186652A (ja) * | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Nec Corp | 半導体レーザの製造方法および半導体レーザ |
| JP2001053385A (ja) * | 1999-08-12 | 2001-02-23 | Nec Corp | 半導体レーザ素子 |
-
1999
- 1999-09-30 JP JP27843099A patent/JP4550189B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2001053385A (ja) * | 1999-08-12 | 2001-02-23 | Nec Corp | 半導体レーザ素子 |
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