JP2003332691A

JP2003332691A - 半導体レーザ素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003332691A
Application number: JP2002138572A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 昌規渡辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光の水平放射角に対する垂直放射角の
比を１に近づけることができ、高出力までキンク現象が
生じることなく直線性に優れた電流対光出力特性が得ら
れる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】基板１００上に、下クラッド層１０１
と、活性層１０２と、第１上クラッド層１０３と、第１
エッチングストップ層１０４と、第２上クラッド層１０
５と、第２エッチングストップ層１０６と、Ｐ第３上ク
ラッド層１０７と、第３エッチングストップ層１０８
と、第４上クラッド層１０９と、バンドギャップ層１１
０と、キャップ層１１１を順次形成している。上記第２
上クラッド層１０５から第４上クラッド層１０９までの
各層からなるリッジストライプ部１５０を形成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザ素
子およびその製造方法に関し、特に光ディスク等の光源
に用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、半導体レーザ素子としては、端面出射型の光ディス
ク用の半導体レーザ素子がある。この半導体レーザ素子
では、通常、基板面に対して垂直方向の光広がり角(垂
直放射角)が水平方向の光広がり角(水平放射角)より大
きい。この半導体レーザ素子を光ディスク用として使用
する場合、垂直放射角と水平放射角が同一であれば、光
ビームの整形をすることなく十分な光量が得られるが、
実際には光ビームの整形をするか、または光ビームの一
部をカットしているため、十分な光量が得られないとい
う問題がある。

【０００３】このような問題を解決するための最も単純
な方法は、発光部の幅を発光領域の垂直方向の広がりと
同程度に狭くして、水平放射角を広げることである。し
かし、通常採用されているリッジストライプ構造(光導
波路となるストライプの光出射端面からみた断面形状が
凸部となるようにストライプ周囲をエッチングする構
造)では、リッジ断面の裾が広がった形状となるため、
発光部の幅を発光領域の垂直方向の広がりと同程度に狭
くして水平放射角を広げることが困難である。また、リ
ッジストライプ構造以外の構造の半導体レーザ素子とし
ては、半導体結晶の再成長界面を活性層近傍に設けるも
のがあるが、その場合、再成長界面から劣化が進行する
ため、十分な信頼性が得られないという問題がある。

【０００４】従来の半導体レーザ素子の一例として、特
開平６−２１６４６２号公報に記載されたリッジ構造の
ものがある。この半導体レーザ素子は、図１０に示すよ
うに、ｎ型ＧaＡsからなる基板１上に、第１クラッド層
２(ｎ−Ａl_0.4Ｇa_0.6Ａs)、活性層３(ｕｎ−Ａl_0.1Ｇa
_0.9Ａs)、第２クラッド層４(ｐ−Ａl_0.4Ｇa_0.6Ａs)、エ
ッチング停止層５(ｐ−Ａl_0.2Ｇa_0.8Ａs)、リッジ形状
調整層６(ｐ−Ａl_xＧa₁ _-xＡs，ｘは徐々に低下)、第３
クラッド層７(ｐ−Ａl_0.4Ｇa_0.6Ａs)、キャップ層８(ｐ
−ＧaＡs)を形成している。上記半導体レーザ素子にお
けるＡl混晶比ｘは、図１１に示す分布となっている。
図１０に示す半導体レーザ素子では、ストライプ状のリ
ッジを形成するため、第１のエッチングをＳi₃Ｎ₄層(図
示せず)をマスクとして、リッジ形状調整層６を０.２μ
ｍ程度残存させる条件で行う。引き続き、第２のエッチ
ングをＨＣl：Ｈ₂＝１：１のエッチャントを用いて行
い、リッジ形状調整層６の残存部分を除去する。このよ
うなエッチャントでは、Ａl混晶比ｘが大きい層に対し
てエッチングレートが大きくなるため、エッチング停止
層５に近い部分のエッチングがさらに進み、リッジ形状
調整層６の側面が垂直に近くなる。なお、図１０におい
て、９はｎ−ＧaＡs電流阻止層、１０はｐ−ＧaＡsコン
タクト層である。

【０００５】図１０に示す半導体レーザ素子のリッジ構
造では、Ａl混晶比によるエッチングレートの違いを利
用しているが、極端に混晶比の異なる層を用いると、混
晶比によって屈折率が異なるため、半導体レーザ素子の
光閉じ込めに影響を与える。つまり、エッチングストッ
プ層近傍で混晶比ｘを高く設定する必要があるため、垂
直方向の光放射角が広がってしまい、水平方向の放射角
が広がっても楕円率(垂直方向の放射角／水平方向の放
射角)を小さくするのに適していない。また、ウェット
エッチングを用いてリッジ部を形成する場合は、リッジ
部の側面が時間の経過につれてエッチング速度の遅い結
晶面方位に近づいていくが、例えばエッチング速度の遅
い結晶の(１１１)面に近い面をリッジ部の側面とする
と、Ａl混晶比が異なってもリッジ部の側面の(１１１)
面方位からのずれはわずかであるため、リッジ部の側面
の平均的な傾斜(異なる複数の傾斜面の全体としての傾
斜形状)を垂直に近づける効果は十分でない。

【０００６】そこで、この発明の目的は、レーザ光の水
平放射角に対する垂直放射角の比を１に近づけることが
できると共に、高出力までキンク現象が生じることなく
直線性に優れた電流対光出力特性が得られる半導体レー
ザ素子および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】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体レーザ素子は、基板上に、第１導
電型の下クラッド層、活性層、第２導電型の第１上クラ
ッド層,第１エッチングストップ層から第２導電型の第
Ｎ−１上クラッド層,第Ｎ−１エッチングストップ層ま
でのＮ−１個(Ｎは３以上の整数)の組み合わせと、第Ｎ
上クラッド層が順次形成された半導体レーザ素子積層構
造を有し、第２上クラッド層から第Ｎ上クラッド層まで
の各層からなるリッジストライプ部を有する半導体レー
ザ素子である。

【０００８】上記構成の半導体レーザ素子によれば、上
記リッジストライプ部の側面の平均的な傾斜を基板平面
に対して垂直に近づけることが可能となる。ここで、平
均的な傾斜とは、異なる複数の傾斜面の全体としての傾
斜形状をいう。以下、この原理について図８(a),(b)を
用いて説明する。

【０００９】図８(a)は従来の半導体レーザ素子の断面
のリッジ左側面の模式図である。図８(a) に示すよう
に、(１００)面を有する半導体基板(図示せず)上に、エ
ッチングストップ層６０、第２上クラッド層７０が形成
され、ドライエッチングなどで側面が半導体基板平面に
対して垂直なエッチング形状８０が形成される。引き続
いて、ウェットエッチングをするが、このときエッチン
グレートが(０１１)で速く、(１００)でその中間、(１
１１)で最も遅くなるものとする。上記エッチング形状
８０は、時間の経過と共に８１、８２、８３と進行す
る。時間の経過と共にリッジストライプ部の側面がエッ
チング速度の最も遅い面方位、この場合(１１１)に近づ
いていく。

【００１０】図８(b)はこの発明の半導体レーザ素子の
断面のリッジ左側面の模式図である。図８(b)に示すよ
うに、第１エッチングストップ層６１、第２上クラッド
層７１、第２エッチングストップ層６２、第３上クラッ
ド層７２を形成し、ドライエッチなどで側面が垂直なエ
ッチング形状９０を形成している。上記第２エッチング
ストップ層６２の側面が最初にエッチングされているた
め、第３上クラッド層７２にこの層を起点として時間の
経過と共に(１１１)面９１ｂ,９２ｂ,９３ｂを形成し、
第２上クラッド層７１に時間の経過と共に(１１１)面９
１ａ,９２ａ,９３ａを形成する。このように上クラッド
層を分離することにより、リッジストライプ部の側面の
途中で凸部ができるため、結果としてリッジ上部の横方
向エッチング量を減らすことができ、平均してより垂直
に近いリッジストライプ部の側面が得られる。

【００１１】したがって、リッジストライプ部の側面の
平均的な傾斜を基板平面に対して垂直に近づける((リッ
ジ下部幅−リッジ上部幅)／リッジ高さをゼロに近づ
ける)ことができる。また、基板平面に対して垂直に近
い側面を有するリッジストライプ部を作ることにより、
リッジ下部幅を狭めることができ、それにほぼ対応する
水平放射角を広げることができる。また、基板平面に対
して垂直に近い側面を有するリッジストライプ部を作る
ことにより、リッジ高さを高くすることができ、それに
ほぼ対応する垂直放射角を狭めることができる。したが
って、レーザ光の楕円率(垂直放射角／水平放射角)を１
に近づけることができる。また、基板平面に対して垂直
に近い側面を有するリッジストライプ部を作ることによ
り、リッジ高さを高くしてもリッジ上部幅をあまり狭く
せずに済むため、そこでの電気抵抗の増加を抑制し、動
作電圧を低く保つことができる。また、リッジ下部幅を
狭めることができることより、より高出力までキンク現
象が生じずに直線性に優れた電流対光出力特性が得られ
る。

【００１２】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
第２上クラッド層から第Ｎ上クラッド層までの各クラッ
ド層のうちの第２上クラッド層が最も厚い半導体レーザ
素子である。

【００１３】これについて、図９の半導体レーザ素子の
断面のリッジ左側面の模式図を用いて説明する。図９に
示すように、第１エッチングストップ層６３、第２上ク
ラッド層７３、第２エッチングストップ層６４、第３上
クラッド層７４、第３エッチングストップ層６５、第４
上クラッド層７５、キャップ層６６がある。ドライエッ
チなどで側面が垂直なエッチング形状９５を形成してい
る。引き続きウェットエッチングを行うが、そのとき
(１１１)面が露出するとエッチングが完全に停止するも
のとする。すると、(１１１)面９６ａ,９６ｂ,９６ｃが
現れてエッチングが停止する。このとき、横方向のエッ
チング長さ７３ｘ１、７４ｘ、７５ｘの最大のものを一
番小さくするには、この３つを等しくすればよく、その
ためには、各エッチングストップ層によってエッチング
形状９５の側面が等間隔に分割されるように、長さ７３
ｙ１、７４ｙ、７５ｙが等しくなればよい。一方、上記
第２上クラッド層７３の残し厚７３ｙ２によって、リッ
ジ裾の横方向の長さ７３ｘ２が決まる。以上より、第２
上クラッド層７３の厚さは、(７３ｙ１＋７３ｙ２)とす
ればよく、７３ｙ２がゼロでなければ、第２上クラッド
層７３の厚さは、第３,第４上クラッド層７４,７５の厚
さより厚くなる。以上の考察より、第２上クラッド層７
３が第３から第Ｎクラッド層(図９では第４上クラッド
層７５)より厚い場合に、リッジストライプ部の側面の
形状が平均してより垂直に近づく。したがって、楕円率
が１に近くかつ動作電圧が低く、高出力までキンク現象
の生じない半導体レーザ素子を実現できる。

【００１４】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層の構成元素が
同一である。それにより、同一エッチング工程で各エッ
チングストップ層を除去したり、逆に同一エッチング工
程でエッチングストップ効果を利用したりすることがで
き、エッチング工程の簡素化を図れる。

【００１５】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層がＧaＩnＰか
らなり、上記第１上クラッド層から第Ｎ上クラッド層ま
での各クラッド層および下クラッド層がＡlＧaＩnＰか
らなる半導体レーザ素子である。このような材料系で
は、波長６３０ｎｍから６８０ｎｍの範囲において発振
するレーザを作製することができる。エッチングストッ
プ層をＧaＩnＰとすることにより、クラッドの材料であ
るＡlＧaＩnＰと異なりＡlを含まないため、各上クラッ
ド層とエッチングストップ層のエッチングレート比を十
分大きくすることができる。また、この材料系で、(１
００)面から［０１１］方向に０゜から２０゜程度傾い
た傾斜基板を用い、劈開面を光出射面とする場合、リッ
ジストライプ方向が［０−１１］方向となるため、リッ
ジストライプ部の側面に(１１１)Ａ面が現れやすくな
り、各上クラッド層の上部が狭まった形状となる。この
ように特定の面方位が出る場合、特にこの発明の半導体
レーザ素子による垂直リッジ形成手法が有効である。な
お、各エッチングストップ層の厚さは、量子効果を有す
る２００Å以下とし、またＧa_yＩn_1-yＰのｙを０.５＜
ｙ≦１として引っ張り歪を加えることにより、活性層の
バンドギャップにほぼ等しいレーザ光がエッチングスト
ップ層で吸収することを避けることができる。

【００１６】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層の各エッチングストップ層がＧaＡsからな
り、上記第１上クラッド層から第Ｎ上クラッド層までの
各クラッド層および下クラッド層はＡlＧaＡsからなる
半導体レーザ素子である。このような材料系では、活性
層をＡlＧaＡs、ＧaＡsまたはＩnＧaＡsとすることによ
り、例えば波長７８０ｎｍ帯、８１０ｎｍ帯、８６０ｎ
ｍ帯や９８０ｎｍ帯などで発振するレーザを作製するこ
とができる。ＧaＡsは、クラッドの材料であるＡlＧaＡ
sと異なりＡlを含まないため、各上クラッド層とエッチ
ングストップ層のエッチングレート比を大きくすること
ができる。また、この材料系では、一般には主面が(１
００)面のジャスト基板が用いられることが多く、その
場合、リッジストライプ方向を［０−１１］方向,［０
１１］方向のいずれにとってもよい。［０−１１］方向
にとった場合、ＡlＧaＩnＰ系と同じくリッジストライ
プ部の側面に(１１１)Ａ面が現れやすくなり、各上クラ
ッド層の上部が狭まった形状となる。一方、［０１１］
方向にとった場合、各上クラッド層下部に(１１１)Ｂ面
が現れやすくなるが、エッチング時間を長くすると各上
クラッド層上部にエッチング速度の最も遅い(１１１)Ａ
面が現れることがある。このように特定の面方位が出る
場合、特にこの発明の半導体レーザ素子による垂直リッ
ジ形成手法が有効である。なお、各エッチングストップ
層の厚さは、量子効果を有する２００Å以下とすること
により、活性層のバンドギャップにほぼ等しいレーザが
エッチングストップ層で吸収することを避けることがで
きる。

【００１７】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記リッジストライプ部の第２エッチングストップ層か
ら第Ｎ−１エッチングストップ層までの各エッチングス
トップ層の側面側が側方に突出し、上記各エッチングス
トップ層の側面側近傍の上記各上クラッド層が側方に突
出した半導体レーザ素子である。このような形状とする
ことにより、通常のエッチングにおいて各上クラッド層
の傾斜が斜めになっていても、平均的な傾斜を基板平面
に対して垂直に近づけることができる。

【００１８】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
少なくとも上記リッジストライプ部の側面を覆うよう
に、誘電体膜が形成された半導体レーザ素子である。こ
のように、上記リッジストライプ部の側面を誘電体膜で
覆うことにより、簡単な工程で良好な特性の半導体レー
ザ素子が得られる。特にこの発明のようにリッジストラ
イプ部の側面がなめらかでない場合にも、例えばプラズ
マＣＶＤ法のようにステップカバレッジ(step coverag
e；段差被覆性)が良好な成膜法を用いて、良好な保護効
果が得られる。

【００１９】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記リッジストライプ部の側面と上記誘電体膜との間に
ボイドが形成された半導体レーザ素子である。このボイ
ドは屈折率が低いため、リッジストライプ部の内部と側
面との屈折率差を大きくし、光をリッジストライプ部の
側面から離してリッジ中央部に集め、水平方向の放射角
を大きくする働きがある。

【００２０】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、少なくとも上記リッジストライプ部の側面を
覆うように、上記下クラッド層と同じ導電型の電流阻止
層となる化合物半導体層が形成された半導体レーザ素子
である。このように、上記リッジストライプ部の側面を
化合物半導体層で覆うことにより、側面が保護され、良
好な信頼性を有する半導体レーザ素子が得られる。特に
この発明のようにリッジストライプ部の側面がなめらか
でない場合にも、結晶成長時の表面マイグレーションを
利用して、側面に良好な膜を形成することができ、リッ
ジストライプ部の側面からの劣化の防止を図ることがで
きる。

【００２１】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記リッジストライプ部の側面と上記電流阻止層との間
にボイドが形成された半導体レーザ素子である。このボ
イドは屈折率が低いため、リッジストライプ部の内部と
側面との屈折率差を大きくし、光をリッジストライプ部
の側面から離してリッジ中央部に集め、水平方向の放射
角を大きくする働きがある。

【００２２】また、この発明の半導体レーザ素子の製造
方法は、基板上に、第１導電型の下クラッド層、活性
層、第２導電型の第１上クラッド層,第１エッチングス
トップ層から第２導電型の第Ｎ−１上クラッド層,第Ｎ
−１エッチングストップ層までのＮ−１個(Ｎは３以上
の整数)の組み合わせと、第Ｎ上クラッド層を順次形成
し、第Ｎ上クラッド層上のリッジストライプ部を形成す
る領域にエッチングマスクを形成し、第１のエッチング
工程によって、上記第Ｎ上クラッド層から第２エッチン
グストップ層までの各層のエッチングマスクに覆われて
いない領域と第２上クラッド層のエッチングマスクに覆
われていない領域の一部をエッチングし、第２のエッチ
ングによって第２上エッチングストップ層のエッチング
マスクに覆われていない領域を第１エッチングストップ
層が露出するまでエッチングする半導体レーザ素子の製
造方法である。

【００２３】この製造方法によって、リッジストライプ
部の側面の平均的な傾斜を小さくした半導体レーザ素子
を容易に作製することができる。したがって、レーザ光
の水平放射角に対する垂直放射角の比を１に近づけるこ
とができると共に、高出力までキンク現象が生じること
なく直線性に優れた電流対光出力特性が得られる半導体
レーザ素子を実現できる。

【００２４】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記第１のエッチング工程において、上記第
２エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチングストッ
プ層までの各エッチングストップ層をエッチングするエ
ッチング方法を用い、上記第２のエッチング工程におい
て、上記第２エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチ
ングストップ層までの各エッチングストップ層および第
１エッチングストップ層に対してエッチングストップ効
果を保つエッチングレートの少ないエッチング方法を用
いた半導体レーザ素子の製造方法である。上記エッチン
グストップ層に対する作用の異なる２種類のエッチング
方法をこの手順で用いることにより、第２エッチングス
トップ層から第Ｎ−１エッチングストップ層を、側面の
平均傾斜を基板平面に対して垂直に近づけるために利用
することができる。

【００２５】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記第１のエッチング工程においてドライエ
ッチングまたはドライエッチングとウェットエッチング
を組み合わせて用いると共に、上記第２のエッチング工
程においてウェットエッチングを用いた半導体レーザ素
子の製造方法である。上記第１のエッチング工程では、
各エッチングストップ層と各上クラッド層を同時にエッ
チングする方法としてはドライエッチングが適してい
る。また、ドライエッチングのダメージ層を除去するた
めにウェットエッチングを併用することは有用である。
一方、上記第２のエッチング工程では、ドライエッチン
グのエッチングストップ効果が不十分であるため、第１
エッチングストップ層を露出させるためにはウェットエ
ッチングが有効である。

【００２６】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、ＡlＧaＩnＰ系クラッドを有する半導体レー
ザ素子の製造において、上記第２のエッチング工程にお
いてリン酸系または塩酸系のエッチャントによるウェッ
トエッチングを行う半導体レーザ素子の製造方法であ
る。これらのエッチャントは、ＡlＧaＩnＰクラッド層
とＧaＩnＰエッチングストップ層とのエッチングレート
の比が大きいため、各エッチングストップ層のエッチン
グストップ効果を保ちつつ各上クラッド層のエッチング
を良好に行うことができる。

【００２７】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、ＡlＧaＡs系クラッドを有する半導体レーザ
素子の製造において、上記第２のエッチング工程におい
てフッ酸系または塩酸系のエッチャントによるウェット
エッチングを行う半導体レーザ素子の製造方法である。
これらのエッチャントは、ＡlＧaＡsクラッド層とＧaＡ
sエッチングストップ層とのエッチングレートの比が大
きいため、各エッチングストップ層のエッチングストッ
プ効果を保ちつつ各上クラッド層のエッチングを良好に
行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体レーザ素
子およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に
説明する。なお、以下の実施の形態において、(Ａl_xＧa
_1-x)_yＩn_1-yＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１)をＡlＧaＩn
Ｐ、Ｇa_yＩn_1-yＰ(０≦ｙ≦１)をＧaＩnＰ、Ａl_xＧa_1-x
Ａs(０≦ｘ≦１)をＡlＧaＡsと記載する場合がある。ま
た、この実施の形態では、第１導電型をｎ型、第２導電
型をｐ型としている。

【００２９】［第１実施形態］図１はこの発明の第１実
施形態の半導体レーザ素子の素子構造を示す断面図であ
る。この半導体レーザ素子は、図１に示すように、ｎ−
ＧaＡs基板((１００)より［０１１］方向に１５゜オフ)
１００上に、ｎ−ＡlＧaＩnＰ下クラッド層１０１と、
アンドープ量子井戸とバリア層を交互に積層した活性層
１０２と、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第１上クラッド層１０３
と、ｐ−ＧaＩnＰ第１エッチングストップ層１０４と、
ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２上クラッド層１０５と、ｐ−ＧaＩ
nＰ第２エッチングストップ層１０６と、ｐ−ＡlＧaＩn
Ｐ第３上クラッド層１０７と、ｐ−ＧaＩnＰ第３エッチ
ングストップ層１０８と、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第４上クラ
ッド層１０９と、ｐ−ＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１
１０と、ｐ−ＧaＡsキャップ層１１１を順次形成してい
る。また、上記第２上クラッド層１０５から第４上クラ
ッド層１０９までの各層からなるリッジストライプ部１
５０を形成している。

【００３０】また、上記リッジストライプ部１５０の側
面形状は、第２,第３エッチングストップ層１０６,１０
８が側面より凸状につきだしており、第２,第３および
第４上クラッド層１０５,１０７,１０９のそれぞれの断
面は、底辺が広く上にいくに従って狭くなる台形形状を
している。

【００３１】上記第２,第３エッチングストップ層１０
６,１０８の側面と第３,第４上クラッド層１０７,１０
９の側面に、ｎ−ＡlＩnＰ電流阻止層１２０を形成して
いる。また、上記電流阻止層１２０上およびキャップ層
１１１上にコンタクト層１２１を形成し、そのコンタク
ト層１２１上にｐ側電極１２３を形成している。さら
に、ｎ−ＧaＡs基板１００の裏面側にｎ側電極１２２を
形成している。なお、上記リッジストライプ部１５０の
第２上クラッド層１０５,第３上クラッド層１０７およ
び第４上クラッド層１０９の側面側上部と電流阻止層１
２０との間にボイド(真空またはガス領域)１１９が夫々
形成されている。

【００３２】上記リッジストライプ部１５０の下部幅は
１.８μｍ、リッジ高さは１.９μｍである。また、リッ
ジ部分で一番細い部分は、第３上クラッド層１０７と中
間バンドギャップ層１１０の界面であり、幅が１.１μ
ｍとなっている。

【００３３】この第１実施形態の半導体レーザ素子によ
れば、リッジストライプ部１５０の側面の平均的な傾斜
(異なる複数の傾斜面の全体としての傾斜形状)をｎ−Ｇ
aＡs基板１００の平面に対して垂直に近づけることがで
き、それによりリッジ高さを高く、かつリッジ下部幅を
狭くすることによって、レーザ光の水平放射角に対する
垂直放射角の比(楕円率)を１に近づけることができると
共に、リッジ幅を細くできることから、より高出力まで
キンク現象が生じずに直線性に優れた電流対光出力特性
が得られる。

【００３４】また、上記第１エッチングストップ層１０
４直上の第２上クラッド層１０５の膜厚をその上の各上
クラッド層より厚くすることにより、リッジストライプ
部１５０の側面の平均的な傾斜をより平坦に近づけるこ
とができる。

【００３５】また、上記第１エッチングストップ層１０
４から第３エッチングストップ層１０８までの各エッチ
ングストップ層の構成元素が同一であるので、同一エッ
チング工程で各エッチングストップ層を除去したり、逆
に同一エッチング工程でエッチングストップ効果を利用
したりすることができる。

【００３６】また、各ＧaＩnＰエッチングストップ層が
各ＡlＧaＩnＰ上クラッド層と異なりＡlを含まないた
め、上クラッド層とエッチングストップ層のエッチング
レート比を大きくすることができる。

【００３７】また、上記リッジストライプ部１５０のエ
ッチングストップ層と上クラッド層が側方に突出した形
状となっているため、通常のエッチングにおいて各上ク
ラッド層の傾斜が斜めになっていても、平均的な傾斜を
ｎ−ＧaＡs基板１００の平面に対して垂直に近づけるこ
とができる。

【００３８】また、上記リッジストライプ部１５０の側
面を化合物半導体層であるｎ−ＡlＩnＰ電流阻止層１２
０により覆うことにより、リッジストライプ部１５０の
側面が保護され、良好な信頼性を有する半導体レーザ素
子が得られる。

【００３９】また、上記リッジストライプ部１５０の側
面に形成されたボイド１１９は屈折率が低いため、リッ
ジストライプ部１５０の内部と側面との屈折率差を大き
くし、光をリッジストライプ部１５０の側面から離して
リッジ中央部に集め、水平方向の放射角を大きくするこ
とができる。

【００４０】次に、上記第１実施形態の半導体レーザ素
子の製造方法について述べる。図２(a),(b)および図３
(a),(b)は半導体レーザ素子の製造工程における断面図
である。図２(a)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板１００
上に、ＭＢＥ法(分子線エピタキシ法)で、ｎ−(Ａl_0.7
Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ下クラッド層１０１(厚さ１.５μ
ｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3)、３つのアンドー
プＧaＩnＰ層(厚さ６ｎｍ)を４つのアンドープ(Ａl_0.5
Ｇa_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ層で挟んだ活性層１０２、ｐ−(Ａl
_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第１上クラッド層１０３(０.２
μｍ、１.０×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−Ｇa_0.6Ｉn_0.4Ｐ第１
エッチングストップ層１０４(８ｎｍ、１.０×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3)、ｐ−(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第２上クラッド
層１０５(０.７μｍ、１.３×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−Ｇa
_0.6Ｉn_0.4Ｐ第２エッチングストップ層１０６(８ｎｍ、
１.０×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5
Ｐ第３上クラッド層１０７(０.６μｍ、１.３×１０¹⁸
ｃｍ^-3)、ｐ−Ｇa_0.6Ｉn_0.4Ｐ第３エッチングストップ
層１０８(８ｎｍ、１.０×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−(Ａl_0.7
Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第４上クラッド層１０９(０.６μ
ｍ、１.３×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−ＧaＩnＰ中間バンドギ
ャップ層１１０(０.１５μｍ、３×１０¹⁸ｃｍ^-3)ｐ−
ＧaＡsキャップ層１１１(０.３μｍ、３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3)を順次形成する。このときのｎ型ドーパントはＳi
であり、ｐ型ドーパントはＢeである。その上にエッチ
ングマスクの一例としてのＳiＯ₂マスク１１２を、スト
ライプ(図の奥行き方向)が［０１−１］方向になるよう
に形成する。

【００４１】次に、図２(b)に示すように、上記ＳiＯ₂
マスク１１２を用いて第１のエッチング工程としてＣl
系ガスとＡrを混合したプラズマによるＩＣＰ(Inductiv
ely Coupled Plasma；誘導結合高周波プラズマ)ドライ
エッチングで第２上クラッド層１０５の残し厚が０.４
５μｍとなるように、キャップ層１１１,中間バンドギ
ャップ層１１０,第４上クラッド層１０９,第３エッチン
グストップ層１０８,第３上クラッド層１０７,第２エッ
チングストップ層１０６および第２上クラッド層１０５
のエッチングを行い、飽和臭素水でさらに０.１μｍほ
どエッチングを行う。

【００４２】次に、図３(a)に示すように、バッファー
ドフッ酸でＳiＯ₂マスク１１２(図２(b)に示す)を除去
し、第２のエッチング工程としてリン酸で残りの第２上
クラッド層１０５を第１エッチングストップ層１０４が
露出するまでエッチングを行ってリッジストライプ部１
５０を形成する。このとき、第１エッチングストップ層
１０４はリン酸に対するエッチングレートが極めて遅い
ので、エッチングストップ層として働き、ｐ型第１上ク
ラッド層１０３がエッチングされることはない。第２,
第３,第４上クラッド層１０５,１０７,１０９は、(１１
１)Ａ面のエッチングレートが最も遅いことから、(１１
１)Ａ面に近い斜面が形成され、基板１００が(１００)
面より傾いた面を有する基板であることより、リッジス
トライプ部１５０の側面の傾きが左右で異なる。

【００４３】次に、図３(b)に示すように、リッジスト
ライプ部１５０の側面に、ｎ型Ａl_0. ₅Ｉn_0.5Ｐ電流阻止
層１２０をＭＢＥ法で形成する。このとき、突起となる
第２,第３エッチングストップ層１０６,１０８および中
間バンドギャップ層１１０の側面下側にボイド１１９が
夫々形成される。このボイド１１９は、リッジストライ
プ部１５０と外部との屈折率差を大きくし、光閉じ込め
を強くする効果を有している。なお、上記ボイド１１９
は、成長条件によって生じなくすることもできる。

【００４４】そして、図１に示すように、ｐ型ＧaＡsコ
ンタクト層１２１(厚さ４μｍ)を全面に形成し、ｎ側電
極１２２,ｐ側電極１２３を形成する。次に、図示しな
いが、レーザウエハの劈開を行い、光出射部端面に低反
射率反射膜、光出射部と反対側の端面に高反射率反射膜
のコーティングを行う。

【００４５】上記半導体レーザ素子の製造方法により製
造されたレーザウエハをチップに分割してステムにマウ
ントし、電流を印加して特性を調べた結果、光出力３ｍ
Ｗで水平放射角１２゜、垂直放射角１８゜、楕円率１.
５が得られた。また、動作電圧は光出力６０ｍＷで２.
５Ｖであった。なお、動作電圧は主にリッジストライプ
部１５０の最も狭い部分の幅で決まるが、この発明では
リッジ高さが１.９μｍと高いにもかかわらずリッジス
トライプ部１５０の最も狭い部分の幅が１.１μｍと比
較的広いため、動作電圧の上昇が抑えられている。

【００４６】なお、上記第１実施形態では、ＩＣＰドラ
イエッチングを用いたが、ＥＣＲ(Electron Cyclotron
Resonance)ドライエッチングや、ＲＩＥ(Reactive Ion
Etching；反応性イオンエッチング)などを用いてもよ
い。また、ドライエッチング後の飽和臭素水エッチング
は、塩酸系や硫酸系エッチングでもよく、またこの工程
を省略してもよい。

【００４７】また、上記第１実施形態では、ドライエッ
チングは、第２上クラッド層１０５の中間まで行った
が、例えば第３上クラッド層１０７の中間までエッチン
グし、残りのエッチングについてはエッチングストップ
層１０４,１０６,１０８をエッチングするウェットエッ
チングで行ってもよい。また、ドライエッチングを全く
用いずに、エッチングストップ層１０４,１０６,１０８
をエッチングするエッチャントでウェットエッチングを
行ってもよい。

【００４８】また、上記第１実施形態では、リッジスト
ライプ部１５０側面において第２,第３エッチングスト
ップ層１０６,１０８が突出しているが、この突出を低
減するためにリッジストライプ部の側面形成後に第２,
第３エッチングストップ層１０６,１０８のエッチング
工程を加えてもよい。

【００４９】また、ｎ−ＧaＡs基板１００は、１５゜オ
フ基板としたが、０゜から２０゜程度のオフ角度がＡl
ＧaＩnＰレーザ用として好適である。

【００５０】また、化合物半導体層の成長法としては、
ＭＢＥ法の他に、ＭＯＣＶＤ法(有機金属気相成長法)な
どを用いることができる。

【００５１】この第１実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法によって、リッジストライプ部１５０の側面の平
均的な傾斜を小さくした半導体レーザ素子を容易に作製
することができる。

【００５２】また、２種類のエッチングを順次用いるこ
とにより、リッジストライプ部１５０の側面の平均的な
傾斜をより垂直に近づけることができる。

【００５３】また、上記第１のエッチング工程では、各
エッチングストップ層と各上クラッド層を同時にエッチ
ングする方法としてはドライエッチングが適している。
また、ドライエッチングのダメージ層を除去するために
ウェットエッチングを併用することは有用である。一
方、第２のエッチング工程では、ドライエッチングのエ
ッチングストップ効果が不十分であるため、第１エッチ
ングストップ層を露出させるためにはウェットエッチン
グが有効である。

【００５４】また、上記第２のエッチング工程をリン酸
によるウェットエッチングを用いることにより、ＡlＧa
ＩnＰクラッド層とＧaＩnＰエッチングストップ層との
エッチングレートの比が大きいため、各エッチングスト
ップ層のエッチングストップ効果を保ちつつ各上クラッ
ド層のエッチングを良好に行うことができる。なお、第
２のエッチング工程において、リン酸によるウェットエ
ッチングを行ったが、これに限らず、リン酸系または塩
酸系のエッチャントによるウェットエッチングを行って
もよい。

【００５５】この発明の半導体レーザ素子およびその製
造方法によれば、光出射端面の活性層を混晶化した窓構
造や光出射端面の活性層をよりエネルギーバンドギャッ
プの大きい化合物半導体結晶で覆った窓構造と組み合わ
せることによって、高出力化を図ることができる。高出
力半導体レーザ素子において、この発明の効果である楕
円率を１に近づけることにより、光利用効率を増加させ
ることができ、有効利用光出力の増大が図れる。

【００５６】なお、上記第１実施形態では、活性層１０
２上に、第１上クラッド層１０３,第１エッチングスト
ップ層１０４から第３上クラッド層１０７,第３エッチ
ングストップ層１０８までの３個の組み合わせと、第４
上クラッド層１０９を順次形成したが、第１上クラッド
層,第１エッチングストップ層から第Ｎ−１上クラッド
層,第Ｎ−１エッチングストップ層までのＮ−１個(Ｎは
３または５以上の整数)の組み合わせと、第Ｎ上クラッ
ド層を順次形成した半導体レーザ素子にこの発明を適用
してもよい。

【００５７】［第２実施形態］図４はこの発明の第２実
施形態の半導体レーザ素子の素子構造を示す断面図であ
る。この半導体レーザ素子は、図４に示すように、ｎ−
ＧaＡs基板((１００)より［０１１］方向へ１５゜オフ)
２００上に、ｎ−ＡlＧaＩnＰ下クラッド層２０１と、
アンドープ量子井戸とバリア層を交互に積層した活性層
２０２と、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第１上クラッド層２０３
と、ｐ−ＧaＩnＰ第１エッチングストップ層２０４と、
ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２上クラッド層２０５と、ｐ−ＧaＩ
nＰ第２エッチングストップ層２０６と、ｐ−ＡlＧaＩn
Ｐ第３上クラッド層２０７と、ｐ−ＧaＩnＰ第３エッチ
ングストップ層２０８と、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第４上クラ
ッド層２０９と、ｐ−ＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２
１０と、ｐ−ＧaＡsキャップ層２１１を順次形成してい
る。上記第２上クラッド層２０５から上記第４上クラッ
ド層２０９までの各層からなるリッジストライプ部２５
０を形成している。

【００５８】上記リッジストライプ部２５０の側面形状
は、第２,第３エッチングストップ層２０６,２０８が側
面より凸状につきだしており、第２,第３および第４上
クラッド層２０５,２０７,２０９が、底面が広く上にい
くに従って狭くなる形状をしている。

【００５９】上記リッジストライプ部２５０の側面に
は、ＳiＯ₂保護層２２０をプラズマＣＶＤ法で形成し、
ｎ−ＧaＡs基板２００の裏面側にｎ側電極２２２を形成
し、ＳiＯ₂保護層２２０上にｐ側電極２２３を形成して
いる。なお、上記リッジストライプ部２５０の第２上ク
ラッド層２０５,第３上クラッド層２０７および第４上
クラッド層２０９の側面側上部とＳiＯ₂保護層２２０と
の間にボイド(真空またはガス領域)２１９が夫々形成さ
れている。

【００６０】また、上記リッジストライプ部２５０の両
側には、電流が流れないダミーリッジ２５１,２５２が
形成されている。この半導体レーザ素子は、リッジ部が
ステムまたはサブマウントと接触するジャンクションダ
ウン実装を想定しており、そのときリッジストライプ部
２５０の部分に応力が集中しないようにダミーリッジ２
５１,２５２が設けられている。

【００６１】この第２実施形態では、第１上クラッド層
２０３の厚さを第１実施形態よりも厚くしている他は、
ほぼ第１実施形態の第１回成長と同じ構造をしている。

【００６２】なお、リッジストライプ部の側面の保護層
は、ＳiＯ₂層に限らず、Ｓi₃Ｎ₄層などでもよい。この
保護層の成膜法は、プラズマＣＶＤ法の他に、熱ＣＶＤ
法やスパッタ法などを好適に用いることができる。

【００６３】この第２実施形態の半導体レーザ素子によ
れば、リッジストライプ部２５０の側面の平均的な傾斜
をｎ−ＧaＡs基板２００の平面に対して垂直に近づける
ことができ、それによりリッジ高さを高く、リッジ下部
幅を狭くすることによって、レーザ光の水平放射角に対
する垂直放射角の比(楕円率)を小さくすることができる
と共に、リッジ幅を細くできることから、より高出力ま
でキンク現象が生じずに直線性に優れた電流対光出力特
性が得られる。

【００６４】また、上記第１エッチングストップ層２０
４直上の第２上クラッド層２０５の膜厚をその上の各上
クラッド層より厚くすることにより、リッジストライプ
部２０５の側面の平均的な傾斜をより平坦に近づけるこ
とができる。

【００６５】また、上記第１エッチングストップ層２０
４から第３エッチングストップ層２０８までの各エッチ
ングストップ層の構成元素が同一であるので、同一エッ
チング工程で各エッチングストップ層を除去したり、逆
に同一エッチング工程でエッチングストップ効果を利用
したりすることができる。

【００６６】また、各ＧaＩnＰエッチングストップ層が
各ＡlＧaＩnＰ上クラッド層と異なりＡlを含まないた
め、各上クラッド層とエッチングストップ層のエッチン
グレート比を大きくすることができる。

【００６７】また、上記リッジストライプ部２５０のエ
ッチングストップ層と上クラッド層が側方に突出した形
状となっているため、通常のエッチングにおいて各上ク
ラッド層の傾斜が斜めになっていても、平均的な傾斜を
ｎ−ＧaＡs基板２００の平面に対して垂直に近づけるこ
とができる。

【００６８】また、上記リッジストライプ部２０５の側
面を誘電体膜であるＳiＯ₂保護層２２０により覆うこと
により、簡単な工程で良好な特性の半導体レーザ素子が
得られる。

【００６９】また、上記リッジストライプ部２５０の側
面に形成されたボイド２１９は屈折率が低いため、リッ
ジストライプ部２５０の内部と側面との屈折率差を大き
くし、光をリッジストライプ部２５０の側面から離して
リッジ中央部に集め、水平方向の放射角を大きくする働
きがある。

【００７０】なお、上記第２実施形態では、活性層２０
２上に、第１上クラッド層２０３,第１エッチングスト
ップ層２０４から第３上クラッド層２０７,第３エッチ
ングストップ層２０８までの３個の組み合わせと、第４
上クラッド層２０９を順次形成したが、第１上クラッド
層,第１エッチングストップ層から第Ｎ−１上クラッド
層,第Ｎ−１エッチングストップ層までのＮ−１個(Ｎは
３または５以上の整数)の組み合わせと、第Ｎ上クラッ
ド層を順次形成した半導体レーザ素子にこの発明を適用
してもよい。

【００７１】［第３実施形態］図５はこの発明の第３実
施形態の半導体レーザ素子の素子構造を示す断面図であ
る。この半導体レーザ素子は、図５に示すように、ｎ−
ＧaＡs基板３００上に、ｎ−ＡlＧaＡs下クラッド層３
０１、アンドープ量子井戸とバリア層を交互に積層した
活性層３０２、ｐ−ＡlＧaＡs第１上クラッド層３０
３、ｐ−ＧaＡsエッチングストップ層３０４を順次形成
している。そのエッチングストップ層３０４上に、ｐ−
ＡlＧaＡs第２上クラッド層３０５,ｐ−ＧaＡs第２エッ
チングストップ層３０６,ｐ−ＡlＧaＡs第３上クラッド
層３０７,ｐ−ＧaＡsキャップ層３０８からなるリッジ
ストライプ部３５０を形成すると共に、リッジストライ
プ部３５０の左右に電流の流れないダミーリッジ３５
１,３５２を形成している。

【００７２】上記リッジストライプ部３５０の側面に
は、誘電体膜であるＳiＯ₂保護層３２０を形成してい
る。また、上記ｎ−ＧaＡs基板３００の裏面側にｎ側電
極３２２を形成し、ＳiＯ₂保護層３２０上にｐ側電極３
２３を形成している。上記ｐ側電極３２３は、リッジス
トライプ部３５０の上にあるｐ−ＧaＡsキャップ層３０
８と電気的に接続されている。

【００７３】この第３実施形態の半導体レーザ素子によ
れば、リッジストライプ部３５０の側面の平均的な傾斜
をｎ−ＧaＡs基板３００の平面に対して垂直に近づける
ことができ、それによりリッジ高さを高く、リッジ下部
幅を狭くすることによって、レーザ光の水平放射角に対
する垂直放射角の比(楕円率)を小さくすることができる
と共に、リッジ幅を細くできることから、より高出力ま
でキンク現象が生じずに直線性に優れた電流対光出力特
性が得られる。

【００７４】また、上記第１エッチングストップ層３０
４直上の第２上クラッド層３０５の膜厚をその上の各上
クラッド層より厚くすることにより、リッジストライプ
部３５０の側面の平均的な傾斜をより平坦に近づけるこ
とができる。

【００７５】また、上記第１エッチングストップ層３０
４と第２エッチングストップ層３０６の構成元素が同一
であるので、同一エッチング工程で各エッチングストッ
プ層を除去したり、逆に同一エッチング工程でエッチン
グストップ効果を利用したりすることができる。

【００７６】また、各ＧaＡsエッチングストップ層が各
ＡlＧaＡs上クラッド層と異なりＡlを含まないため、上
クラッド層とエッチングストップ層のエッチングレート
比を大きくすることができる。

【００７７】また、上記リッジストライプ部３５０のエ
ッチングストップ層と上クラッド層が側方に突出した形
状となっているため、通常のエッチングにおいて各上ク
ラッド層の傾斜が斜めになっていても、平均的な傾斜を
ｎ−ＧaＡs基板３００の平面に対して垂直に近づけるこ
とができる。

【００７８】また、この発明の半導体レーザ素子の製造
方法は、少なくともリッジストライプ部の側面を誘電体
膜であるＳiＯ₂保護層３２０により覆うことにより、簡
単な工程で良好な特性の半導体レーザ素子が得られる。

【００７９】次に、この第３実施形態の半導体レーザ素
子の製造方法について述べる。図６(a),(b)および図７
は半導体レーザ素子の製造工程における断面図である。

【００８０】図６(a)に示すように、面方位(１００)の
ｎ−ＧaＡs基板３００上に、ＭＢＥ法で、ｎ−Ａl_0.5Ｇ
a_0.5Ａs下クラッド層３０１(厚さ１.７μｍ、キャリア
濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3)、２つのアンドープＧaＡs層(厚
さ８ｎｍ)を３つのアンドープＡl_0.3Ｇa_0.7Ａs層で挟ん
だ活性層３０２、ｐ−Ａl_0.5Ｇa_0.5Ａs第１上クラッド
層３０３(厚さ０.１７μｍ、１.０×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ
−ＧaＡs第１エッチングストップ層３０４(３ｎｍ,１.
０×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−Ａl_0.5Ｇa_0.5Ａs第２上クラッ
ド層３０５(厚さ０.７μｍ、１.５×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ
−ＧaＡs第２エッチングストップ層３０６(３ｎｍ,１.
５×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ−Ａl_0.5Ｇa_0.5Ａs第３上クラッ
ド層３０７(厚さ０.６μｍ、１.５×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ
−ＧaＡsキャップ層３０８(厚さ０.５μｍ、３×１０¹⁸
ｃｍ^-3)を順次形成する。このときのｎ型ドーパントは
Ｓiであり、ｐ型ドーパントはＢeである。上記キャップ
層３０８上に、エッチングマスクの一例としてのＳiＯ₂
マスク３３２を、ストライプ(図の奥行き方向)が［０１
１］方向になるように形成する。

【００８１】上記ＳiＯ₂マスク３３２の上から、図６
(b)に示すように、第１のエッチング工程としてキャッ
プ層３０８,第３上クラッド層３０７,第２エッチングス
トップ層３０６から第２上クラッド層３０５の中間(残
し厚０.４μｍ)までＩＣＰドライエッチングを行い、引
き続いて硫酸・過酸化水素水・水の混合溶液で第２上ク
ラッド層３０５を０.０５μｍエッチングする。上記Ｉ
ＣＰドライエッチングおよび硫酸・過酸化水素水・水の
混合溶液は、ＧaＡsとＡlＧaＡsのエッチングレートの
違いが小さく、また硫酸・過酸化水素水・水によるエッ
チングが０.０５μｍと少ないため、側面における第２
エッチングストップ層３０６の突出はほとんどない。

【００８２】次に、図７に示すように、第２のエッチン
グ工程として残りの第２上クラッド層３０５を第１エッ
チングストップ層３０４が露出するまでフッ酸でエッチ
ングを行い、リッジストライプ部３５０を形成して、リ
ッジストライプ部３５０の両側に電流が流れないダミー
リッジ３５１,３５２が形成する。このとき、ＧaＡsか
らなる第２エッチングストップ層３０６のフッ酸に対す
るエッチングレートは、ＡlＧaＡsからなる第２,第３上
クラッド層３０５,３０７に比べて１／１０以下と極め
て小さいため、リッジストライプ部３５０の側面におい
て第２エッチングストップ層３０６が突出する。

【００８３】そして、図５に示すように、リッジストラ
イプ部３５０の側面にＳiＯ₂保護層３２０を形成する。
上記ｎ−ＧaＡs基板３００の裏面側にｎ側電極３２２を
形成し、ＳiＯ₂保護層３２０上にｐ側電極３２３を形成
している。次に、図示しないが、レーザウエハの劈開を
行い、光出射部端面には反射率１２％、光出射部と反対
側の端面には反射率９５％となるようにコーティングを
行う。

【００８４】上記半導体レーザ素子の製造方法により製
造されたレーザウエハをチップに分割してステムにマウ
ントし、電流を印加して特性を調べた結果、波長７８６
ｎｍで光出力２５５ｍＷまでキンクは生じなかった。ま
た、水平放射角１３゜,垂直放射角１５゜となり、楕円
率１.１５が得られた。また、リッジ下部幅は１.６μ
ｍ、リッジ上部幅は１.４μｍ、リッジ高さは１.３μｍ
であり、光出力１２０ｍＷにおける動作電圧は２.４Ｖ
であった。なお、第２エッチングストップ層を用いない
従来の半導体レーザ素子の典型例では、楕円率１.８、
動作電圧２.７Ｖ程度である。

【００８５】この第３実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法によって、リッジストライプ部３５０の側面の平
均的な傾斜を小さくした半導体レーザ素子を容易に作製
することができる。

【００８６】また、この発明の半導体レーザ素子の製造
方法によって、２種類のエッチングを順次用いることに
より、リッジストライプ部３５０の側面の平均傾斜をよ
りｎ−ＧaＡs基板３００の平面に対して垂直に近づける
ことができる。

【００８７】また、第１のエッチング工程では、各エッ
チングストップ層と各上クラッド層を同時にエッチング
する方法としてはドライエッチングが適している。ま
た、ドライエッチングのダメージ層を除去するためにウ
ェットエッチングを併用することは有用である。一方、
第２のエッチング工程では、ドライエッチングのエッチ
ングストップ効果が不十分であるため、第１エッチング
ストップ層３０４を露出させるためにはウェットエッチ
ングが有効である。

【００８８】また、第２のエッチング工程をフッ酸によ
るウェットエッチングを行うことにより、ＡlＧaＡsク
ラッド層とＧaＡsエッチングストップ層とのエッチング
レートの比が大きいため、各エッチングストップ層のエ
ッチングストップ効果を保ちつつ各上クラッド層のエッ
チングを良好に行うことができる。なお、第２のエッチ
ング工程において、フッ酸によるウェットエッチングを
行ったが、これに限らず、フッ酸系または塩酸系のエッ
チャントによるウェットエッチングを行ってもよい。

【００８９】上記第３実施形態において、化合物半導体
の各層はＭＢＥ法で形成したが、ＭＯＣＶＤ法(有機金
属気相成長法)としてもよい。

【００９０】また、上記第３実施形態において、活性層
３０２はＡlＧaＡsの積層であったが、Ｉnを加えたＩn
ＧaＡs量子井戸層をＧaＡsまたはＡlＧaＡsバリア層で
囲んで活性層とすることにより、発振波長を例えば９８
０ｎｍとしてもよい。

【００９１】なお、上記第３実施形態では、活性層３０
２上に、第１上クラッド層３０３,第１エッチングスト
ップ層３０４と第２上クラッド層３０５,第２エッチン
グストップ層３０６の２個の組み合わせと、第３上クラ
ッド層３０７を順次形成したが、第１上クラッド層,第
１エッチングストップ層から第Ｎ−１上クラッド層,第
Ｎ−１エッチングストップ層までのＮ−１個(Ｎは４以
上の整数)の組み合わせと、第Ｎ上クラッド層を順次形
成した半導体レーザ素子にこの発明を適用してもよい。

【００９２】上記第１〜第３実施形態では、ＡlＧaＩn
Ｐ系およびＡlＧaＡs系クラッドを有する半導体レーザ
素子について説明したが、他の構成の半導体レーザ素子
にこの発明を適用してもよいのは勿論である。

【００９３】また、上記第１〜第３実施形態では、第１
導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、第１導電型
をｐ型、第２導電型をｎ型の半導体レーザ素子にこの発
明を適用してもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体レーザ素子によれば、リッジストライプ部の側面の
平均的な傾斜を基板平面に対して垂直に近づけることが
でき、それによりリッジ高さを高くし、リッジ下部幅を
狭くすることができる。このリッジ形状により、レーザ
光の水平放射角に対する垂直放射角の比(楕円率)を１に
近づけることができると共に、リッジ幅を細くできるこ
とから、より高出力までキンク現象が生じずに直線性に
優れた電流対光出力特性が得られる。

【００９５】また、この発明の半導体レーザ素子の製造
方法によれば、リッジストライプ部の側面の平均的な傾
斜を小さくした半導体レーザ素子を容易に作製すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施形態の半導体レー
ザ素子の断面図である。

【図２】図２(a),(b)は上記半導体レーザ素子の製造
工程の断面図である。

【図３】図３(a),(b)は図２(b)に続く上記半導体レー
ザ素子の製造工程の断面図である。

【図４】図４はこの発明の第２実施形態の半導体レー
ザ素子の断面図である。

【図５】図５はこの発明の第３実施形態の半導体レー
ザ素子の断面図である。

【図６】図６(a),(b)は上記半導体レーザ素子の製造
工程の断面図である。

【図７】図７は図６(b)に続く上記半導体レーザ素子
の製造工程の断面図である。

【図８】図８(a),(b)はこの発明の原理を説明する説
明図である。

【図９】図９はこの発明の原理を説明する説明図であ
る。

【図１０】図１０は従来の半導体レーザ素子の断面図
である。

【図１１】図１１は従来の半導体レーザ素子における
Ａl混晶比分布を示す図である。

【符号の説明】

１００…ｎ−ＧaＡs基板、１０１…ｎ−ＡlＧaＩnＰ下クラッド層、１０２…活性層、１０３…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第１上クラッド層、１０４…ｐ−ＧaＩnＰ第１エッチングストップ層、１０５…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２上クラッド層、１０６…ｐ−ＧaＩnＰ第２エッチングストップ層、１０７…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第３上クラッド層、１０８…ｐ−ＧaＩnＰ第３エッチングストップ層、１０９…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第４上クラッド層、１１０…ｐ−ＧaＩnＰ中間バンドギャップ層、１１１…ｐ−ＧaＡsキャップ層、１２０…ｎ−ＡlＩnＰ電流阻止層、１２２…ｎ側電極、１２３…ｐ側電極、１５０…リッジストライプ部、２００…ｎ−ＧaＡs基板、２０１…ｎ−ＡlＧaＩnＰ下クラッド層、２０２…活性層、２０３…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第１上クラッド層、２０４…ｐ−ＧaＩnＰ第１エッチングストップ層、２０５…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２上クラッド層、２０６…ｐ−ＧaＩnＰ第２エッチングストップ層、２０７…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第３上クラッド層、２０８…ｐ−ＧaＩnＰ第３エッチングストップ層、２０９…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第４上クラッド層、２１０…ｐ−ＧaＩnＰ中間バンドギャップ層、２１１…ｐ−ＧaＡsキャップ層、２２０…ＳiＯ₂保護層、２２２…ｎ側電極、２２３…ｐ側電極、２５０…リッジストライプ部、３００…ｎ−ＧaＡs基板、３０１…ｎ−ＡlＧaＡs下クラッド層、３０２…活性層、３０３…ｐ−ＡlＧaＡs第１上クラッド層、３０４…ｐ−ＧaＡsエッチングストップ層、３０５…ｐ−ＡlＧaＡs第２上クラッド層、３０６…ｐ−ＧaＡs第２エッチングストップ層、３０７…ｐ−ＡlＧaＡs第３上クラッド層、３０８…ｐ−ＧaＡsキャップ層、３２０…ＳiＯ₂保護層、３２２…ｎ側電極、３２３…ｐ側電極、３５０…リッジストライプ部、３５１,３５２…ダミーリッジ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、第１導電型の下クラッド層
と、活性層と、第２導電型の第１上クラッド層,第１エ
ッチングストップ層から第２導電型の第Ｎ−１上クラッ
ド層,第Ｎ−１エッチングストップ層までのＮ−１個(Ｎ
は３以上の整数)の組み合わせと、第Ｎ上クラッド層が
順次形成された半導体レーザ素子であって、上記第２上クラッド層から上記第Ｎ上クラッド層までの
各層からなるリッジストライプ部を備えたことを特徴と
する半導体レーザ素子。
【請求項２】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記第２上クラッド層から第Ｎ上クラッド層までの各ク
ラッド層のうちの上記第２上クラッド層が最も厚いこと
を特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層の構成元素が
同一であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層がＧaＩnＰか
らなり、上記第１上クラッド層から第Ｎ上クラッド層ま
での各クラッド層および上記下クラッド層がＡlＧaＩn
Ｐからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層がＧaＡsから
なり、上記第１上クラッド層から第Ｎ上クラッド層まで
の各クラッド層および上記下クラッド層がＡlＧaＡsか
らなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記リッジストライプ部の上記第２エッチングストップ
層から第Ｎ−１エッチングストップ層までの各エッチン
グストップ層の側面側が側方に突出し、そのエッチング
ストップ層の側面側近傍の上記第２上クラッド層から第
Ｎ上クラッド層までの各クラッド層の一部が側方に突出
していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、少なくとも上記リッジストライプ部の側面を覆うよう
に、誘電体膜が形成されていることを特徴とする半導体
レーザ素子。
【請求項８】請求項７に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記リッジストライプ部の側面と上記誘電体膜との間に
ボイドが形成されていることを特徴とする半導体レーザ
素子。
【請求項９】請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、少なくとも上記リッジストライプ部の側面を覆うよう
に、上記下クラッド層と同じ導電型の化合物半導体から
なる電流阻止層が形成されたことを特徴とする半導体レ
ーザ素子。
【請求項１０】請求項９に記載の半導体レーザ素子に
おいて、上記リッジストライプ部の側面と上記電流阻止層との間
にボイドが形成されていることを特徴とする半導体レー
ザ素子。
【請求項１１】基板上に、第１導電型の下クラッド層
と、活性層と、第２導電型の第１上クラッド層,第１エ
ッチングストップ層から第２導電型の第Ｎ−１上クラッ
ド層,第Ｎ−１エッチングストップ層までのＮ−１個(Ｎ
は３以上の整数)の組み合わせと、第Ｎ上クラッド層を
順次形成する工程と、上記第Ｎ上クラッド層上のリッジストライプ部を形成す
る領域にエッチングマスクを形成する工程と、上記第Ｎ上クラッド層から第２エッチングストップ層ま
での各層の上記エッチングマスクに覆われていない領域
をエッチングし、さらに上記第２上クラッド層の上記エ
ッチングマスクに覆われていない領域の一部をエッチン
グする第１のエッチング工程と、上記第１のエッチング工程により一部がエッチングされ
た上記第２上クラッド層の上記エッチングマスクに覆わ
れていない領域を上記第１エッチングストップ層が露出
するまでエッチングする第２のエッチング工程とを有す
る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】請求項１１に記載の半導体レーザ素子
の製造方法において、上記第１のエッチング工程において、上記第２エッチン
グストップ層から第Ｎ−１エッチングストップ層までの
各エッチングストップ層をエッチングするエッチング方
法を用い、上記第２のエッチング工程において、上記第１エッチン
グストップ層から第Ｎ−１エッチングストップ層までの
各エッチングストップ層に対してエッチングストップ効
果を保つエッチングレートの少ないエッチング方法を用
いたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１３】請求項１１に記載の半導体レーザ素子
の製造方法において、上記第１のエッチング工程において、ドライエッチング
を用いるかまたはドライエッチングとウェットエッチン
グを組み合わせて用いると共に、上記第２のエッチング工程において、ウェットエッチン
グを用いたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方
法。
【請求項１４】請求項１１に記載の半導体レーザ素子
の製造方法において、上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層がＧaＩnＰか
らなり、上記第１上クラッド層から第Ｎ上クラッド層までの各ク
ラッド層および上記下クラッド層がＡlＧaＩnＰからな
り、上記第２のエッチング工程において、リン酸系または塩
酸系のエッチャントによるウェットエッチングを行うこ
とを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】請求項１１に記載の半導体レーザ素子
の製造方法において、上記第１エッチングストップ層から第Ｎ−１エッチング
ストップ層までの各エッチングストップ層がＧaＡsから
なり、上記第１上クラッド層から上記第Ｎ上クラッド層までの
各クラッド層および上記下クラッド層がＡlＧaＡsから
なり、上記第２のエッチング工程において、フッ酸系または塩
酸系のエッチャントによるウェットエッチングを行うこ
とを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。