JP2002094184A

JP2002094184A - 半導体レーザ素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002094184A
Application number: JP2000280087A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hirukawa; 秀一蛭川; Takeshi Obayashi; 健大林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-29
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP4441085B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ジャンクションダウンの実装形態において
も、マウント後に素子がはがれることのない半導体レー
ザ素子及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】半導体基板上に少なくとも下クラッド
層、活性領域、上クラッド層からなる積層構造を備え、
該積層構造が、その全体、又は積層構造の上部から下ク
ラッド層の途中まで、もしくは積層構造の上部から上ク
ラッド層の途中までの部分にメサストライプ部を有し、
該メサストライプ部両側に電流阻止機能を有する電流ブ
ロック層を備え、メサストライプ部直上以外の部分に絶
縁体膜を備え、メサストライプ部及び絶縁体膜を覆うキ
ャップ層を備え、該キャップ層上に金属電極を備えた構
造をもつことを特徴とする半導体レーザ素子により上記
の課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信用等に用いら
れる、低消費電力・高信頼性を必要とする半導体レーザ
素子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レーザ素子、特にＢＨ構
造（半導体レーザ素子の積層構造において、積層構造の
上部から下クラッド層の途中までメサストライプ部が形
成されており、メサストライプ部両側に光・電流狭窄層
を設けている構造）やリッジ構造（半導体レーザ素子の
積層構造において、積層構造の上部から上クラッドの途
中までメサストライプ部が形成されており、メサストラ
イプ部両側に光・電流狭窄層を設けている構造）をもつ
素子は、ストライプ状に電流を流すように電流ブロック
層（電流阻止領域）が存在する。電流ブロック層へ電流
を流れなくすることで、ストライプ状に電流を流すた
め、電流ブロック層に、ｐｎ逆接合をもたせたり、高抵
抗の半導体層を利用したり、絶縁体膜を利用すること
で、電流阻止機能をもたせている。

【０００３】図９に特許第２８１４１２４号に記載され
た従来の半導体レーザ素子の概略断面図を示す。簡単に
図を説明する。基板５０１上には、下クラッド層５０
３、下ガイド層５０４、活性層５０５、上ガイド層５０
６、上クラッド層５０７、キャップ層５０８が順次積層
されている。また、キャップ層５０８上部から下クラッ
ド層５０３の途中までメサストライプ部５２１ａが形成
され、該メサストライプ部５２１ａ両側が電流ブロック
部５２１ｂ（電流ブロック層５０９及び５１０）によっ
て埋めこまれている。この素子は、ＢＨ構造をもつ半導
体レーザ素子である。更に、電流ブロック層５０９及び
５１０上には、絶縁体膜５１２が積層され、更に全面に
電極５１６が配されている。

【０００４】ｐｎ逆接合による電流ブロック層や高抵抗
層は、一般に半導体で形成されているものであり、上下
クラッド層、活性領域及びコンタクト層と同様、ＭＯＣ
ＶＤ法やＭＢＥ法等の結晶成長法にて作成される。この
成長法によれば半導体層を、メサストライプ状への加工
後の半導体表面上へも比較的簡単に再成長させることが
できる。また、絶縁体膜による電流ブロック層は、特に
電流ブロック層がｐｎ逆接合をもっている場合に比べ、
逆接合による狭窄部容量が生じることがなく、半導体レ
ーザ素子の高速応答化に対して有用な電流ブロック層と
なりうる。

【０００５】一方、発光素子である半導体レーザ素子
は、連続動作時に活性領域で熱が生じる。素子温度によ
りレーザ素子の特性が大きく変動するために、発生した
熱を効率よく放出する必要がある。そのために、半導体
レーザ素子の素子構造を積層した面をステムにマウント
する、ジャンクションダウンという実装形態をとる。す
ると活性領域とステム及び電極とが近くなるため、活性
領域で発生した熱を逃がしやすくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジャン
クションダウンでの実装形態の場合、電極である金属部
分をステムにマウントするのだが、絶縁体膜上に金属を
蒸着しても相互の密着性が弱く、マウントしても素子が
はがれてしまう、という欠点があった。また、メサスト
ライプ部直上のみに金属電極を配しても、ステムへマウ
ントする表面のうちほぼ全面が絶縁体膜になるため、同
様に密着性が弱い、という欠点があった。本発明は、か
かる実情に鑑み、ジャンクションダウンの実装形態にお
いても、マウント後に素子がはがれることのない半導体
レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、半導体基板上に下クラッド層、活性領域及び上ク
ラッド層から少なくとも構成された積層構造を備え、該
積層構造が、その全体に、又は積層構造の上部から下ク
ラッド層もしくは上クラッド層の途中までの部分にメサ
ストライプ部を有し、該メサストライプ部がその両側に
電流阻止機能を有する電流ブロック層と、その直上以外
の部分に絶縁体膜をそれぞれ有し、メサストライプ部及
び絶縁体膜がキャップ層で覆われ、該キャップ層上に金
属電極を備えていることにより、上記目的を達成する。

【０００８】本発明のレーザ素子は、メサストライプ部
上とキャップ層との間に、中間キャップ層を備えている
ことにより、上記目的を達成する。本発明のレーザ素子
は、中間キャップ層が、絶縁体膜上にも一部積層されて
いることにより、上記目的を達成する。本発明のレーザ
素子は、電流ブロック層が、ｐｎ逆接合構造を有するこ
とにより電流阻止機能をもつことにより、上記目的を達
成する。本発明のレーザ素子は、メサストライプ部及び
電流ブロック層上に、第三のクラッド層を備えたことに
より、上記目的を達成する。

【０００９】本発明のレーザ素子は、半導体基板上に下
クラッド層、活性領域及び上クラッド層から少なくとも
構成された積層構造を備え、該積層構造が、その全体
に、又は積層構造の上部から下クラッド層もしくは上ク
ラッド層の途中までの部分にメサストライプ部を有し、
該メサストライプ部がその両側に絶縁体膜を有し、メサ
ストライプ部及び絶縁膜がキャップ層で覆われ、該キャ
ップ層上に金属電極を備えていることにより、上記目的
を達成する。

【００１０】本発明のレーザ素子は、メサストライプ部
上とキャップ層との間に、中間キャップ層を備えている
ことにより、上記目的を達成する。本発明のレーザ素子
は、キャップ層が、絶縁膜上に成長しうる半導体材料か
らなる第一のキャップ層と、その上に形成された絶縁体
膜上に成長しない半導体材料からなる第二のキャップ層
の２層からなることにより、上記目的を達成する。本発
明のレーザ素子は、第一のキャップ層がＡｌＧａＡｓか
らなり、第二のキャップ層がＧａＡｓからなることによ
り、上記目的を達成する。本発明のレーザ素子は、キャ
ップ層が、上記メサストライプ部上では単結晶であり、
絶縁体膜上では多結晶であることにより、上記目的を達
成する。

【００１１】本発明のレーザ素子は、半導体基板上に、
下クラッド層、活性領域及び上クラッド層から少なくと
も構成された積層構造を形成する工程と、該積層構造の
全体に、又は積層構造の上部から下クラッド層もしくは
上クラッド層の途中までをメサストライプ状に形成する
工程と、該メサストライプ部の両側に電流阻止機能を有
する電流ブロック層を積層する工程と、メサストライプ
部直上以外の部分に絶縁体膜を積層する工程と、更に表
面全体を覆うようにキャップ層を積層する工程と、該キ
ャップ層上に金属電極を配する工程とを含むことによ
り、上記目的を達成する。

【００１２】本発明のレーザ素子は、絶縁体膜を積層す
る工程と、キャップ層を積層する工程との間に、メサス
トライプ部直上に選択的に中間キャップ層を積層する工
程を含むことにより、上記目的を達成する。本発明のレ
ーザ素子は、中間キャップ層を絶縁体膜の一部の上にも
積層することにより、上記目的を達成する。本発明のレ
ーザ素子は、電流ブロック層が、ｐｎ逆接合を有するこ
とにより電流阻止機能をもつことにより、上記目的を達
成する。本発明のレーザ素子は、電流ブロック層を積層
する工程と、絶縁体膜を積層する工程との間に、メサス
トライプ部及び電流ブロック層上に第三のクラッド層を
積層する工程を含むことにより、上記目的を達成する。

【００１３】本発明のレーザ素子は、半導体基板上に、
下クラッド層、活性領域及び上クラッド層から少なくと
も構成された積層構造を形成する工程と、該積層構造の
全体に、又は積層構造の上部から下クラッド層もしくは
上クラッド層の途中までをメサストライプ状に形成する
工程と、該メサストライプ部の両側に絶縁体膜を積層す
る工程と、更に表面全体を覆うようにキャップ層を積層
する工程と、該キャップ層上に金属電極を配する工程と
を含むことにより、上記目的を達成する。本発明のレー
ザ素子は、絶縁体膜を積層する工程と、キャップ層を積
層する工程との間に、メサストライプ部直上に選択的に
中間キャップ層を積層する工程を含むことにより、上記
目的を達成する。

【００１４】本発明のレーザ素子は、キャップ層を積層
する工程が、絶縁膜上にも成長しうる半導体材料からな
る第一のキャップ層を積層する工程と、その上に絶縁体
膜上に成長しない半導体材料からなる第二のキャップ層
を積層する工程とからなることにより、上記目的を達成
する。本発明のレーザ素子は、第一のキャップ層がＡｌ
ＧａＡｓからなり、第二のキャップ層がＧａＡｓからな
ることにより、上記目的を達成する。本発明のレーザ素
子は、中間キャップ層が、ＧａＡｓからなり、かつＡｌ
ＧａＡｓからなる第一のキャップ層の成長時の雰囲気ガ
スにＨＣｌを添加した条件下でメサストライプ部上に選
択的に形成されることにより、上記目的を達成する。本
発明のレーザ素子は、キャップ層が、メサストライプ上
では単結晶層として、絶縁体膜上では多結晶層として積
層させることにより、上記目的を達成する。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図４は、本発明
の半導体レーザ素子の構造の一例を示したものである。
この素子は、半導体基板表面に、バッファ層、第一導電
型半導体下クラッド層、活性領域、第二導電型半導体上
クラッド層からなる積層構造を有し、該積層構造がメサ
ストライプ部を有し、該メサストライプ部両側が第一及
び第二導電型半導体電流ブロック層によって埋め込ま
れ、電流ブロック層及びメサストライプ部上全面に保護
層が積層されており、上記メサストライプ部直上以外の
部分に絶縁体膜が積層され、更に絶縁体膜及びメサスト
ライプ部直上全体を覆うようにキャップ層が積層され、
該キャップ層上に金属電極が配されてなる構造を有して
いる。

【００１６】以下、具体的な半導体レーザ構造の作製方
法を図１〜３を用いて説明する。まず、（１００）面を
もつｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓ下クラッド層１０３（層厚２．０μｍ）、ＧａＡｓ下
ガイド層１０４（層厚１５０Å）、Ｇａ_0.7Ｉｎ₀ _.3Ｎ
_0.01Ａｓ_0.99井戸層（層厚７０Å、３層）とＧａＡｓバ
リア層（層厚５０Å、２層）を交互に配置してなる多重
量子井戸活性層１０５、ＧａＡｓ上ガイド層１０６（層
厚１５０Å）、ｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上クラッド層１
０７（層厚２．０μｍ）、ＧａＡｓ保護層１０８（層厚
２００Å）を順次分子線エピタキシー法にて結晶成長さ
せる。

【００１７】更に、ＳｉＯ₂絶縁膜を積層し、メサスト
ライプ部を形成する部分に、レジストマスクをストライ
プ方向が（０１１）方向をもつように、写真工程により
作製する。その後、レジストマスク以外の絶縁膜を取り
除き、更にレジストマスクを除去することで、ストライ
プ状の絶縁膜マスク１３１を得る（図１）。次に、該絶
縁膜マスク１３１以外の部分をエッチングし、メサスト
ライプ部１２１ａを形成する。エッチングはクエン酸と
過酸化水素水の混合水溶液を用い、下クラッド層１０３
の途中まで行う。エッチングの深さは約２μｍ、メサス
トライプ部の幅は活性領域で約１．５μｍである（図
２）。

【００１８】続いて、メサストライプ部１２１ａの側面
及びメサストライプ部両側１２１ｂを、バッファードフ
ッ酸（フッ化水素とフッ化アンモニウムを混合した溶
液）にてそれらの表面に清浄処理を施した後、ｐ−Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓブロック層１０９（層厚１．０μｍ）、
ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓブロック層１１０（層厚１．０
μｍ）を順次有機金属結晶成長させ、光・電流狭窄領域
を形成する。その後、上記絶縁膜マスク１３１を取り除
き、ｐ−ＧａＡｓ保護層１１７（層厚０．１μｍ）、Ｓ
ｉＮ絶縁体膜１１２（層厚０．５μｍ）を順次積層す
る。そして上記メサストライプ部直上の部分の絶縁体膜
をエッチングで取り除くために、写真工程を用いてメサ
ストライプ部直上以外の部分をレジストマスク１３２で
マスキングする（図３）。

【００１９】エッチングによりレジストマスク１３２以
外の部分の絶縁体膜を取り除いた後、レジストマスク１
３２を取り除き、積層構造表面全体を覆うように、非選
択的にｐ−Ａｌ_0.4ＧａＡｓ第一のキャップ層１１４
（層厚０．１μｍ）を積層し、更にｐ−ＧａＡｓ第二の
キャップ層１１５（層厚２．０μｍ）を積層し、金属電
極１１６を配する。ここで、ＧａＡｓは絶縁体膜上には
成長せず、ＡｌＧａＡｓは絶縁体膜上にも成長する性質
を有している。そのため、本実施の形態のようにＧａＡ
ｓを成長させる前にＡｌＧａＡｓを全面に積層させてお
くことで、ＧａＡｓの絶縁体膜上への積層が可能にな
る。またこのとき、第一のキャップ層は半導体層上及び
絶縁体膜上に成長するが、半導体層上の領域では単結晶
成長、及び絶縁体膜上では多結晶成長している。このよ
うにして、図４に示す構造の半導体レーザ素子を作製す
ることができる。なお、第二のキャップ層は、第一のキ
ャップ層に含まれるＡｌが自然酸化されることを防ぐ役
割も有している。図４中、１２２ａは単結晶領域、１２
２ｂは多結晶領域を意味する。

【００２０】上記手順により、本発明の半導体レーザ素
子は、ＳｉＮ絶縁体膜１１２上に半導体層及び金属電極
を積層する構造を有する。半導体層はメサストライプ部
上では単結晶領域１２２ａ、ＳｉＮ絶縁体膜上では多結
晶領域１２２ｂであるが、金属電極が半導体層上に積層
されているため、絶縁体膜上に直接積層されている場合
に比べ、金属との密着性の違いにより素子がはがれてし
まうことなく、放熱性のよいジャンクションダウンでス
テムにマウントすることができる。また、絶縁体膜が存
在することにより、電流が効率よくメサストライプ部に
流れ、ｐｎ逆接合により生じる寄生容量を低減すること
ができ、高速応答可能な半導体レーザ素子となりうる。

【００２１】また、本実施の形態において、半導体レー
ザ素子はＢＨ構造を有しているが、リッジ構造を有して
いても同様の効果が得られる。また、本実施の形態にお
いて、非選択的に成長させる第一のキャップ層のＡｌ混
晶比を０．４としているが、Ａｌの混晶比が低いと非選
択成長性が低くなる。しかし、メサストライプ部の幅が
狭ければ、マイグレーションの影響によりＡｌ混晶比が
低くても非選択成長をする場合がある。概ねＡｌ混晶比
が０．４なら非選択成長し、０．３まではメサストライ
プ部の幅に依存し、０．２以下だと選択成長となる。従
って、本実施の形態及び以下の実施の形態においてＡｌ
混晶比を０．４としているが、メサストライプ部の幅に
よっては上記理由により０．４に限らない。

【００２２】（実施の形態２）図５は、本発明の半導体
レーザ素子の構造の一例を示したものである。この素子
は、半導体基板表面に、バッファ層、第一導電型半導体
下クラッド層、活性領域、第二導電型半導体上クラッド
層からなる積層構造を有し、該積層構造がメサストライ
プ部を有し、該メサストライプ部両側が第一及び第二導
電型半導体電流ブロック層によって埋め込まれ、電流ブ
ロック層及びメサストライプ部上全面にクラッド層及び
保護層が積層されており、上記メサストライプ部直上以
外の部分に絶縁体膜が積層され、メサストライプ部直上
に中間キャップ層が選択的に積層され、絶縁体膜及び中
間キャップ層上全面に第一のキャップ層及び第二のキャ
ップ層が非選択的に積層され、該第二のキャップ層上に
金属電極が配されてなる構造を有している。

【００２３】以下、具体的な半導体レーザ構造の作製方
法を説明する。まず、（１００）をもつｎ−ＧａＡｓ基
板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２（層厚
０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下クラッド層２
０３（層厚２．０μｍ）、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ下ガイド
層２０４（層厚１５０Å）、Ａｌ _0.1Ｇａ_0.58Ｉｎ_0.32
Ｎ_0.019Ａｓ_0.981井戸層（層厚７０Å、３層）とＡｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ａｓバリア層（層厚５０Å、２層）を交互に
配置してなる多重量子井戸活性層２０５、Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ａｓ上ガイド層２０６（層厚１５０Å）、ｐ−Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上クラッド層２０７（層厚１．０μ
ｍ）、ＧａＡｓ保護層２０８（層厚２００Å）を順次分
子線エピタキシー法にて結晶成長させる。更にＳｉＯ₂
絶縁膜を積層し、メサストライプ部を形成する部分に、
レジストマスクをストライプ方向が（０１１）方向をも
つように、写真工程により作製する。その後、レジスト
マスク以外の絶縁膜を取り除き、更にレジストマスクを
除去し、ストライプ状の絶縁膜マスクを得る。

【００２４】次に、該絶縁膜マスク部以外の部分をエッ
チングし、メサストライプ部２２１ａを形成する。エッ
チングはクエン酸と過酸化水素水の混合水溶液を用い、
下クラッド層２０３の途中まで行う。エッチングの深さ
は約２μｍ、メサストライプ部の幅は活性領域で約１．
５μｍである。続いて、メサストライプ部２２１ａ側面
及びメサストライプ部両側２２１ｂを、バッファードフ
ッ酸にてそれらの表面に清浄処理を施した後、ｐ−Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓブロック層２０９（層厚１．０μｍ）、
ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓブロック層２１０（層厚１．０
μｍ）を順次有機金属結晶成長させ、光・電流狭窄領域
を形成する。

【００２５】その後、上記絶縁膜マスクを取り除き、ｐ
−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓクラッド層２１１（層厚１．０μ
ｍ）、ｐ−ＧａＡｓ保護層２１７（層厚０．１μｍ）、
ＳｉＮ絶縁体膜（層厚０．５μｍ）を順次積層する。そ
して、写真工程を用いてメサストライプ部２２１ａ直上
以外の部分にレジストでマスキングを行い、メサストラ
イプ部２２１ａ直上の部分の絶縁体膜をエッチングで取
り除く。レジストを除去することで、メサストライプ部
２２１ａ直上以外の部分に絶縁体膜２１２を形成する。

【００２６】続いて、該絶縁体膜２１２を選択成長用マ
スクとして、上記メサストライプ部２２１ａ直上の部分
にｐ−ＧａＡｓ中間キャップ層２１３（層厚０．５μ
ｍ）を有機金属結晶成長させる。この工程は、絶縁体膜
２１２のエッチングによる側面上に、次工程の非選択成
長膜が成長することで多結晶領域が広くならないよう
に、中間キャップ層によって側面を覆うために行われて
いる。続いて、非選択的にｐ−Ａｌ_0.4ＧａＡｓ第一の
キャップ層２１４（層厚０．１μｍ）及びｐ−ＧａＡｓ
第二のキャップ層２１５（層厚４．０μｍ）を順次成長
させ、第二キャップ層２１５上に金属電極２１６を配す
る。このとき、第一のキャップ層は、半導体層上及び絶
縁体膜上に成長するが、半導体層上では単結晶成長、及
び絶縁体膜上では多結晶成長している。このようにし
て、図５に示す構造の半導体レーザ素子を作製すること
ができる。図５中、２２２ａは単結晶領域、２２２ｂは
多結晶領域を意味している。

【００２７】上記手順により、本発明の半導体レーザ素
子は、ＳｉＮ絶縁体膜２１２上に半導体層及び金属電極
を積層する構造を有する。半導体層はメサストライプ部
上では単結晶領域２２２ａ、ＳｉＮ絶縁体膜上では多結
晶領域２２２ｂであるが、このことから得られる効果
は、実施の形態１における効果と同様である。また、本
実施の形態において、中間キャップ層２１３を絶縁体膜
２１２の層厚よりも厚く成長させようとすると、中間キ
ャップ層２１３は絶縁体膜２１２の層厚を越えてから平
面横方向へ成長する。このように成長させてから第一の
キャップ層を積層させると、より第一及び第二のキャッ
プ層の単結晶領域が広がる。そのため、導電性がより良
好となり、特性のよい半導体レーザ素子が得られる（図
６の参照番号２１３参照）。ここで、上記中間キャップ
層の形状は、例えば、該絶縁体膜より１μｍ程度厚く、
該絶縁体膜上の平面横方向への広がりが０．５μｍ程度
ずつであれば効果が得られる。

【００２８】また、本実施の形態において、半導体レー
ザ素子はＢＨ構造を有しているが、リッジ構造を有して
いても同様の効果が得られる。また、本実施の形態にお
いて、中間キャップ層を有機金属結晶成長させるとき、
Ａｌ_0.4ＧａＡｓ第一のキャップ層の成長条件に、雰囲
気ガスとしてＨＣｌを添加することで、中間キャップ層
をｐ−ＧａＡｓにて選択成長させることができ、該中間
キャップ層成長終了後、ＨＣｌ添加を止めることによ
り、非選択成長にて第一のキャップ層を積層させること
ができる。すなわち、ＨＣｌの導入により、中間キャッ
プ層と第一のキャップ層を、Ａｌ_0.4ＧａＡｓの成長条
件で兼ねることができる。このような手法を用いて半導
体レーザ素子を作成しても、本実施の形態と同様の効果
が得られる。

【００２９】（実施の形態３）図７は、本発明の半導体
レーザ素子の構造の一例を示したものである。この素子
は、半導体基板表面に、バッファ層、第一導電型半導体
下クラッド層、活性領域、第二導電型半導体上クラッド
層からなる積層構造を有し、該上クラッド層がメサスト
ライプ部を有し、該メサストライプ部両側が絶縁体層に
よって埋め込まれ、絶縁体層及びメサストライプ部上全
面に第一のキャップ層及び第二のキャップ層が積層さ
れ、該第二のキャップ層上に金属電極が配されてなる構
造を有している。

【００３０】以下、具体的な半導体レーザ構造の作製方
法を説明する。まず、（１００）をもつｎ−ＧａＡｓ基
板３０１上に、ＧａＡｓバッファ層３０２（層厚０．５
μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下クラッド層３０３
（層厚１．５μｍ）、ＧａＡｓ下ガイド層３０４（層厚
４００Å）、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ井戸層（層厚７５Å、
２層）とＧａＡｓバリア層（層厚５０Å、１層）を交互
に配置してなる多重量子井戸活性層３０５、ＧａＡｓ上
ガイド層３０６（層厚４００Å）、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ
上クラッド層３０７（層厚１．５μｍ）、ＧａＡｓ保護
層３０８（層厚０．５μｍ）を、有機金属気相成長法で
順次結晶成長させる。

【００３１】更に、ＳｉＯ₂絶縁膜を積層し、メサスト
ライプ部を形成する部分に、レジストマスクをストライ
プ方向が（０１１）方向をもつように、写真工程により
作製する。その後、レジストマスク以外の絶縁膜を取り
除き、更にレジストマスクを除去することで、ストライ
プ状の絶縁膜マスクを得る。次に、該絶縁膜マスク部以
外の部分をエッチングし、メサストライプ部３２１ａを
形成する。エッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶
液を用い、上クラッド層３０７の途中まで行う。エッチ
ングの深さは約１．７５μｍ、メサストライプ部の幅は
底で約２．５μｍである。

【００３２】続いて、メサストライプ部３２１ａ側面及
びメサストライプ部両側３２１ｂを、バッファードフッ
酸にてそれらの表面に清浄処理を施す。このとき上記絶
縁膜マスクは除去される。その後、表面全体にＳｉＮ絶
縁体層３１２を積層させ、光・電流狭窄領域を形成す
る。その後、上記絶縁体層３１２のうち、上記メサスト
ライプ部直上の絶縁体層をレジストによるマスキング及
びウェットエッチングにより取り除き、ｐ−Ａｌ_0. ₄Ｇ
ａ_0.6Ａｓ第一のキャップ層３１４（層厚０．１μ
ｍ）、ｐ−ＧａＡｓ第二のキャップ層３１５（層厚４．
０μｍ）を順次積層する。更に、第二のキャップ層３１
５上に金属電極３１６を配する。このとき、第一のキャ
ップ層は半導体層上及び絶縁体膜上に成長するが、半導
体層上３２２ａの領域では単結晶成長、及び絶縁体膜上
３２２ｂでは多結晶成長している。このようにして、図
７に示す構造の半導体レーザ素子を作成することができ
る。

【００３３】上記手順により、本発明の半導体レーザ素
子は、絶縁体膜ＳｉＮ４１２上に半導体層及び金属電極
４１６を積層する構造を有する。このことから得られる
効果は、実施の形態１における効果と同様である。ま
た、本実施の形態において、半導体レーザ素子はリッジ
構造を有しているが、ＢＨ構造を有していても同様の効
果が得られる。

【００３４】（実施の形態４）図８は、本発明の半導体
レーザ素子の構造の一例を示したものである。この素子
は、半導体基板表面に、バッファ層、第一導電型半導体
下クラッド層、活性領域、第二導電型半導体上クラッド
層からなる積層構造を有し、該上クラッド層がメサスト
ライプ部を有し、該メサストライプ部両側が絶縁体層に
よって埋め込まれ、メサストライプ部直上に第一のキャ
ップ層が選択的に積層され、絶縁体層及び第一のキャッ
プ層全面に第二のキャップ層が非選択的に積層されてお
り、該第二のキャップ層上に金属電極が配されてなる構
造を有している。

【００３５】以下、具体的な半導体レーザ構造の作製方
法を説明する。まず、（１００）をもつｎ−ＧａＡｓ基
板４０１上に、ＧａＡｓバッファ層４０２（層厚０．５
μｍ）、ｎ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ下クラッド層４０３（層
厚２．０μｍ）、Ｉｎ_0.106Ｇａ_0.894Ａｓ_0.786Ｐ_0.214
下ガイド層４０４（層厚４００Å）、Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ａ
ｓ井戸層（層厚８５Å、２層）とＩｎ_0.106Ｇａ_0.894Ａ
ｓ_0.786Ｐ_0.214バリア層（層厚５０Å、１層）を交互に
配置してなる多重量子井戸活性層４０５、Ｉｎ_0.106Ｇ
ａ_0.894Ａｓ_0.786Ｐ_0.214上ガイド層４０６（層厚４０
０Å）、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ上クラッド層４０７（層厚
１．５μｍ）、ＧａＡｓ保護層４０８（層厚０．５μ
ｍ）を、有機金属気相成長法で順次結晶成長させる。

【００３６】更に、ＳｉＯ₂絶縁膜を積層し、メサスト
ライプ部を形成する部分に、レジストマスクをストライ
プ方向が（０１１）方向をもつように、写真工程により
作製する。その後、レジストマスク以外の絶縁膜を取り
除き、更にレジストマスクを除去することで、ストライ
プ状の絶縁膜マスクを得る。次に、該絶縁膜マスク部以
外の部分をエッチングし、メサストライプ部４２１ａを
形成する。エッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶
液を用い、上クラッド層４０７の途中まで行う。エッチ
ングの深さは約１．７５μｍ、メサストライプ部の幅は
底で約２．５μｍである。

【００３７】続いて、メサストライプ部４２１ａ側面及
びメサストライプ部両側４２１ｂを、バッファードフッ
酸にてそれら表面に清浄処理を施す。このとき上記絶縁
膜マスクは除去される。その後、表面全体にＳｉＮ絶縁
体層を積層させ、光・電流狭窄領域を形成する。そし
て、写真工程を用いてメサストライプ部４２１ａ直上以
外の部分をレジストでマスキングする。メサストライプ
部４２１ａ直上の部分の絶縁体膜をエッチングで取り除
いた後、レジストを除去することで、絶縁体膜４１２を
得る。

【００３８】続いて、該絶縁体膜４１２を選択成長用マ
スクとして、上記メサストライプ部４２１ａ直上の部分
にｐ−ＧａＡｓ中間キャップ層４１３（層厚１．０μ
ｍ）を有機金属結晶成長させ、続いて非選択的にｐ−Ａ
ｌ_0.4ＧａＡｓ第一のキャップ層４１４（層厚０．１μ
ｍ）及びｐ−ＧａＡｓ第二のキャップ層４１５（層厚
３．０μｍ）を順次成長させ、金属電極４１６を配す
る。このとき、該第一のキャップ層は半導体層上及び絶
縁体膜上に成長するが、半導体層上の領域では単結晶成
長、及び絶縁体膜上では多結晶成長している。このよう
にして、図８に示す構造の半導体レーザ素子を作製する
ことができる。図８中、４２２ａは単結晶領域、４２２
ｂは多結晶領域を意味している。

【００３９】上記手順により、本発明の半導体レーザ素
子は、ＳｉＮ絶縁体膜４１２上に半導体層及び金属電極
を積層する構造を有する。半導体層はメサストライプ部
上では単結晶領域４２２ａ、ＳｉＮ絶縁体膜上では多結
晶領域４２２ｂであるが、このことから得られる効果
は、実施の形態１における効果と同様である。また、本
実施の形態において、上記中間キャップ層４１３を絶縁
体膜４１２の上部で平面横方向へ成長する。このように
成長させてから第一のキャップ層４１４を積層させる
と、より第一及び第二のキャップ層の単結晶領域が広が
る。このことから得られる効果は、実施の形態２におけ
る効果と同様である。ここで、上記中間キャップ層の形
状は、例えば、絶縁体膜より１μｍ程度厚く、絶縁体膜
上の平面横方向への広がりが０．５μｍ程度ずつであれ
ば効果が得られる。

【００４０】また、本実施の形態において、半導体レー
ザ素子はリッジ構造を有しているが、ＢＨ構造を有して
いても同様の効果が得られる。また、本実施の形態にお
いて、第一のキャップ層を有機金属結晶成長させると
き、第二のキャップ層の成長条件に、雰囲気ガスとして
ＨＣｌを添加することで、第一のキャップ層をｐ−Ａｌ
_0.4ＧａＡｓにて選択成長させることができ、第一のキ
ャップ層成長終了後、ＨＣｌ添加を止めることにより、
非選択成長にて第二のキャップ層を積層させることがで
きる。このような手法を用いて半導体レーザ素子を作成
しても、本実施の形態と同様の効果が得られる。以上に
示す実施の形態１〜４において使用した半導体レーザ素
子を構成する材料以外の、例えばＡｌＧａＩｎＰ系、Ｉ
ｎＡｌＧａＮ系、ＡｌＧａＡｓ系等の化合物半導体材料
をいずれも使用することができる。

【００４１】また、各半導体層を形成する成長方法も各
実施の形態に示す以外のもの、たとえばガスソースや有
機金属ソースの分子線エピタキシー法でもよい。更に、
絶縁体膜としてＳｉＮを用いているが、ＳｉＯ₂やＡｌ₂
Ｏ₃等でもよい。また、リッジ構造やＢＨ構造だけでな
く、ブロードエリア構造でもよい。更に、メサストライ
プ部を作製する際のマスクとしてＳｉＯ₂を用いている
が、電流ブロック層を選択成長にて積層する必要のない
場合等は、レジストマスクを用いてもよい。

【００４２】また、キャップ層の厚さは、上記実施の形
態中の特定の厚さに限定されず、構成する材料、素子の
特性等を考慮して適宜設定することができる。例えば、
２．０〜５．０μｍの範囲であることが好ましい。この
範囲が好ましいのは、２．０μｍより薄い場合、マウン
ト時のＩｎ等の金属の拡散を防ぐことが困難であり、
５．０μｍより厚い場合、キャップ層上に形成される金
属電極の表面が荒れる恐れがあるからである。このキャ
ップ層は、１層又は複数層の積層体であってもよい。こ
こで、キャップ層が、第一及び第二の２層からなる場
合、第一のキャップ層の厚さは、０．０５〜０．５μｍ
の範囲、第二のキャップ層の厚さは、２．０〜４．５μ
ｍの範囲であることが好ましい。ここで、第一のキャッ
プ層の厚さにおいて、前記範囲が好ましいのは、第一の
キャップ層は薄い方がよいが、０．０５μｍより薄い場
合、メサストライプ上に成長させることが困難であり、
０．５μｍより厚い場合、第一のキャップ層自体が抵抗
成分になるためである。更に、任意層である中間キャッ
プ層及び第三のクラッド層の厚さは、それぞれ０．５〜
１．５μｍ及び１．０〜２．０μｍであることが好まし
い。なお、本発明は半導体レーザ素子の構造の改良に関
しているが、絶縁体膜と金属電極間の密着力の不足によ
る両者の剥がれが問題となる用途であれば、本発明の絶
縁体膜−半導体膜−金属電極の構成を適用することがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子及び製造方法
によれば、絶縁体膜上に半導体層及び金属電極を積層し
た構造を有し、半導体層はメサストライプ部上では単結
晶の形態、絶縁体膜上では多結晶の形態であるが、金属
電極が半導体層上に積層されているため、絶縁体膜上に
直接積層されている場合に比べ、金属の密着性の違いに
より素子がはがれてしまうことなく、放熱性のよいジャ
ンクションダウンでステムにマウントすることができ
る。また、絶縁体膜が存在することにより、電流が効率
よくストライプ領域に流れ、ｐｎ逆接合により生じる寄
生容量を低減することができ、高速応答可能な半導体レ
ーザ素子を作製することができる。

【００４４】更に、本発明の半導体レーザ素子及び製造
方法によれば、中間キャップ層が絶縁体膜の上部で平面
横方向へ成長するので、このように成長させてから第一
のキャップ層及び第二のキャップ層を積層させると、よ
り第一のキャップ層の単結晶領域が広がるため、導電性
がより良好となり、特性のよい半導体レーザ素子を得る
ことができる。また、本発明の半導体レーザ素子及び製
造方法によれば、中間キャップ層を有機金属結晶成長さ
せるとき、Ａｌ_0.4ＧａＡｓ第一のキャップ層の成長条
件に、雰囲気ガスとしてＨＣｌを添加することで、中間
キャップ層をｐ−ＧａＡｓにて選択成長させることがで
き、該中間キャップ層成長終了後、ＨＣｌ添加を止める
ことにより、非選択成長にて第一のキャップ層を積層さ
せることができる。すなわち、ＨＣｌの導入により、中
間キャップ層と第一のキャップ層を、Ａｌ_0.4ＧａＡｓ
の成長条件で兼ねることができるので、より容易に半導
体レーザ素子を作製できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の半導体レーザ素子の概略工程断
面図である。

【図２】実施の形態１の半導体レーザ素子の概略工程断
面図である。

【図３】実施の形態１の半導体レーザ素子の概略工程断
面図である。

【図４】実施の形態１の半導体レーザ素子の概略断面図
である。

【図５】実施の形態２の半導体レーザ素子の概略断面図
である。

【図６】実施の形態２の半導体レーザ素子の概略断面図
である。

【図７】実施の形態３の半導体レーザ素子の概略断面図
である。

【図８】実施の形態４の半導体レーザ素子の概略断面図
である。

【図９】従来の半導体レーザ素子の概略断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１基板１０２、２０２、３０２、４０２バッファ層１０３、２０３、３０３、４０３、５０３下クラッド
層１０４、２０４、３０４、４０４、５０４下ガイド層１０５、２０５、３０５、４０５多重量子井戸活性層１０６、２０６、３０６、４０６、５０６上ガイド層１０７、２０７、３０７、４０７、５０７上クラッド
層１０８、１１７、２０８、２１７、３０８、４０８保
護層１０９、１１０、２０９、２１０ブロック層１１２、２１２、３１２、４１２、５１２絶縁体膜１１４、２１４、３１４、４１４第一のキャップ層１１５、２１５、３１５、４１５第二のキャップ層１１６、２１６、３１６、４１６金属電極１２１ａ、２２１ａ、３２１ａ、４２１ａ、５２１ａ
メサストライプ部１２１ｂ、２２１ｂ、３２１ｂ、４２１ｂメサストラ
イプ部両側１２２ａ、２２２ａ、３２２ａ、４２２ａ単結晶領域１２２ｂ、２２２ｂ、３２２ｂ、４２２ｂ多結晶領域１３１絶縁膜マスク１３２レジストマスク２１１クラッド層２１３、４１３中間キャップ層５０５活性層５０８キャップ層５０９、５１０電流ブロック層５１６電極５２１ｂ電流ブロック部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に下クラッド層、活性領域
及び上クラッド層から少なくとも構成された積層構造を
備え、該積層構造が、その全体に、又は積層構造の上部
から下クラッド層もしくは上クラッド層の途中までの部
分にメサストライプ部を有し、該メサストライプ部がそ
の両側に電流阻止機能を有する電流ブロック層と、その
直上以外の部分に絶縁体膜をそれぞれ有し、メサストラ
イプ部及び絶縁体膜がキャップ層で覆われ、該キャップ
層上に金属電極を備えていることを特徴とする半導体レ
ーザ素子。
【請求項２】メサストライプ部上とキャップ層との間
に、中間キャップ層を備えている請求項１に記載の素
子。
【請求項３】中間キャップ層が、絶縁体膜上にも一部
積層されている請求項２に記載の素子。
【請求項４】電流ブロック層が、ｐｎ逆接合構造を有
することにより電流阻止機能をもつ請求項１〜３のいず
れか１つに記載の素子。
【請求項５】メサストライプ部及び電流ブロック層上
に、第三のクラッド層を備えた請求項１〜４のいずれか
１つに記載の素子。
【請求項６】半導体基板上に下クラッド層、活性領域
及び上クラッド層から少なくとも構成された積層構造を
備え、該積層構造が、その全体に、又は積層構造の上部
から下クラッド層もしくは上クラッド層の途中までの部
分にメサストライプ部を有し、該メサストライプ部がそ
の両側に絶縁体膜を有し、メサストライプ部及び絶縁体
膜がキャップ層で覆われ、該キャップ層上に金属電極を
備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】メサストライプ部上とキャップ層との間
に、中間キャップ層を備えている請求項６に記載の素
子。
【請求項８】キャップ層が、絶縁膜上に成長しうる半
導体材料からなる第一のキャップ層と、その上に形成さ
れた絶縁体膜上に成長しない半導体材料からなる第二の
キャップ層の２層からなる請求項１〜７のいずれか１つ
に記載の素子。
【請求項９】第一のキャップ層がＡｌＧａＡｓからな
り、第二のキャップ層がＧａＡｓからなる請求項８に記
載の素子。
【請求項１０】キャップ層が、上記メサストライプ部
上では単結晶であり、絶縁体膜上では多結晶である請求
項１〜９のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１１】半導体基板上に、下クラッド層、活性
領域及び上クラッド層から少なくとも構成された積層構
造を形成する工程と、該積層構造の全体に、又は積層構
造の上部から下クラッド層もしくは上クラッド層の途中
までをメサストライプ状に形成する工程と、該メサスト
ライプ部の両側に電流阻止機能を有する電流ブロック層
を積層する工程と、メサストライプ部直上以外の部分に
絶縁体膜を積層する工程と、更に表面全体を覆うように
キャップ層を積層する工程と、該キャップ層上に金属電
極を配する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ
素子の製造方法。
【請求項１２】絶縁体膜を積層する工程と、キャップ
層を積層する工程との間に、メサストライプ部直上に選
択的に中間キャップ層を積層する工程を含む請求項１１
に記載の製造方法。
【請求項１３】中間キャップ層を絶縁体膜の一部の上
にも積層する請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】電流ブロック層が、ｐｎ逆接合を有す
ることにより電流阻止機能をもつ請求項１１〜１３のい
ずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１５】電流ブロック層を積層する工程と、絶
縁体膜を積層する工程との間に、メサストライプ部及び
電流ブロック層上に第三のクラッド層を積層する工程を
含む請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の製造方
法。
【請求項１６】半導体基板上に、下クラッド層、活性
領域及び上クラッド層から少なくとも構成された積層構
造を形成する工程と、該積層構造の全体に、又は積層構
造の上部から下クラッド層もしくは上クラッド層の途中
までをメサストライプ状に形成する工程と、該メサスト
ライプ部の両側に絶縁体膜を積層する工程と、更に表面
全体を覆うようにキャップ層を積層する工程と、該キャ
ップ層上に金属電極を配する工程とを含むことを特徴と
する半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】絶縁体膜を積層する工程と、キャップ
層を積層する工程との間に、メサストライプ部直上に選
択的に中間キャップ層を積層する工程を含む請求項１６
に記載の製造方法。
【請求項１８】キャップ層を積層する工程が、絶縁膜
上にも成長しうる半導体材料からなる第一のキャップ層
を積層する工程と、その上に絶縁体膜上に成長しない半
導体材料からなる第二のキャップ層を積層する工程とか
らなる請求項１１〜１７のいずれか１つに記載の製造方
法。
【請求項１９】第一のキャップ層がＡｌＧａＡｓから
なり、第二のキャップ層がＧａＡｓからなる請求項１８
に記載の製造方法。
【請求項２０】中間キャップ層が、ＧａＡｓからな
り、かつＡｌＧａＡｓからなる第一のキャップ層の成長
時の雰囲気ガスにＨＣｌを添加した条件下でメサストラ
イプ部上に選択的に形成される請求項１９に記載の製造
方法。
【請求項２１】キャップ層が、メサストライプ上では
単結晶層として、絶縁体膜上では多結晶層として積層さ
せる請求項１１〜２０のいずれか１つに記載の製造方
法。