JPH11168256A

JPH11168256A - 発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11168256A
Application number: JP33290497A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshida; 浩吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザの端面劣化を抑制し、高出力か
つ信頼性の高い半導体レーザ及びその製造方法を提供す
ること。【解決手段】少なくとも一方の光出射端面から連続し
た端面部（Ｉ）と、この端面部に対して前記光出射端面
とは反対側に存在する第２部位（II）とが、共振器長方
向に順次配されており、第１部位（Ｉ）の層構成と第２
部位（II）の層構成とが縦方向に互いに異なっている、
半導体レーザ及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光ディス
ク用ピックアップやディスプレイ等に用いる発光素子
（特に半導体レーザ）及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）に代
表される光磁気記録用のレーザは、高い光出力での動作
（以下、高出力動作と称する。）が要求されている。Ｄ
ＶＤビデオ、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー) 等に
使用される波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザは、一般に
（Ａｌ_1-xＧａ_x）_1-yＩｎ_yＰ系材料から構成されて
いるが、この材料系では特に、安定性の高い高出力動作
が困難である。

【０００３】ここで、一般的な半導体レーザの概略を図
１９に示す。この半導体レーザ５０は、第１クラッド層
５６と第２クラッド層５７との間に活性層５９を有し、
さらに電流注入幅を制限するための電流狭窄層５８が図
示の如く設けられていて、共振器長方向に単一の縦構造
を有したものである。

【０００４】一般にこの材料では、活性層５９には歪み
（格子定数が本来の材料固有の値からずれていること）
が入っており、また、その端面近傍ではこの歪みは緩和
されている（本来の格子定数に戻る）ので、中心部に比
べてその端面近傍部分でのバンドギャップが小さくなっ
ている。

【０００５】このような共振器長方向でのバンドギャッ
プの分布は、その端面部分での光の吸収量を大きくする
働きをする。そして、吸収された光はエレクトロン−ホ
ールペアを生成して非発光再結合を促進させたり、不純
物にそのエネルギーを与えることで拡散、及び相互拡散
を誘発させる働きをする（例えば、福嶋ら、電子情報通
信学会論文誌 C-1vol. J78 C-1 No.3 pp.143参照）。

【０００６】即ち、図１９に示す如き、共振器長方向に
単一縦構造を有する半導体レーザでは、特に端面近傍で
の光の吸収量が大きいために構造破壊が起こり易く、安
定性（信頼性）の高い、かつ高出力動作可能な半導体レ
ーザとなっていない。

【０００７】なお、以下、「共振器長方向」、縦構造に
用いられる「縦方向（又は素子厚方向）」、横構造に用
いられる「横方向」を図１９に示したように定義する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この端面部で
の光の吸収量を制御する手段として、共振器長方向に有
効屈折率（実効屈折率）を変えた、いわゆる「窓構造」
（例えば、A. Shima ; JEE January, 100 (1993)参照）
という構造が挙げられる。

【０００９】この「窓構造」を簡単に説明する。この材
料系はミッシビリティギャップ（熱平衡状態で作成不可
能な混晶組成範囲）内の組成で構成されており、そのた
めに自然超格子と呼ばれる組成分離が起きている。組成
分離の程度とバンドギャップとには相関があり、一般的
には、組成分離の程度が大きいほどバンドギャップが小
さくなることが知られている。

【００１０】また、この材料系にＺｎをドーピングする
と、その超格子構造が解消され、その結果バンドギャッ
プが大きくなる。従って、端面近傍にのみＺｎを拡散さ
せることでこの自然超格子を解消し、場合によっては、
活性層構造（量子井戸構造）を無秩序化することで、半
導体レーザにおける端面近傍のバンドギャップを中心部
のバンドギャップよりも大きくすることができ、ひいて
は光の吸収量を抑制することができる。これが、一般的
な窓構造である。

【００１１】しかしながら、「窓構造」を有する半導体
レーザにおいて、この窓構造を作成するときに必要とな
るＺｎが活性層内又はその近傍に多量に含まれると、光
学的ロス或いは非発光再結合中心として作用する（例え
ば、A. Shima ; JEE January, 100 (1993)参照）。

【００１２】このため、閾キャリア密度が増大し、これ
に伴い動作電流が大きくなると同時に、キャリアオーバ
フロー（電流の量、即ちキャリアの量が多くなり、やが
て活性層からあふれ、クラッド層まで達する現象のこ
と）が大きくなるので高温時での動作電流が大きくな
り、さらに、レーザ動作時の発熱がより多くなって、高
温時でのデバイス特性が大きく変化する。

【００１３】また、その端面部にて、より多くのロスや
非発光再結合中心が発生するので、端面部での発熱が大
きくなる。一般に、バンドギャップは温度が高くなるほ
ど小さくなるので、その端面部での発熱が大きくなる
と、その端面部でのバンドギャップがより小さくなって
光の吸収量が増大する。そして、光の吸収量が増大する
ことは、さらなる発熱を促し、さらにバンドギャップを
小さくさせる。このサイクルが繰り返されることで、最
終的には、端面部での素子構造の破壊が起こり、レーザ
動作が停止するという問題点がある。

【００１４】上述のように、一般的な「窓構造」は、活
性層の一部及びその近傍層に亜鉛（Ｚｎ）を拡散させる
ことで作成されるが、このＺｎの量が多くなりすぎると
逆にデバイス特性の低下、かつ信頼性の低下を引き起こ
すので、その拡散量、拡散領域、拡散温度、拡散方法等
には細心の注意を払わなければならず、技術的な困難さ
が要求される。

【００１５】一方、「窓構造」を有する半導体レーザの
他に、共振器長方向に屈折率分布をもたせたレーザとし
て、ＴＡＰＳ（TAPered Stripe：テーパストライプ）構
造と称される、電流注入幅を共振器長方向で変えた構
造、言い換えれば共振器長方向で横構造を変えたレーザ
が既に商品化されている（例えば、商品名ＳＬＤ１１２
２ＶＳ：ソニー社製）。

【００１６】このＴＡＰＳに代表される横方向構造を変
えたレーザは、一般に、図２０及び図２１に示す如き構
造をとる。

【００１７】これは、例えばＧａＡｓ基板６２上に第一
のクラッド層６３、活性層６４、第二のクラッド層６５
が積層された積層構造において、第二のクラッド層６５
をフォトリソグラフィーを利用して所定形状にパターニ
ングし、電流注入領域外の部分にイオン注入高抵抗領域
（電流狭窄層）６６を設け、電流注入幅Ｗを共振器長方
向に変えた構造（Ｗ₁及びＷ₂）である。

【００１８】なお、活性層６４から出射されるレーザ光
６７は、図２１の如く、横方向の幅ｘ（横方向放射角に
対応）及び縦方向の幅ｙ（縦方向放射角に対応）を持っ
た楕円形（又は円形）の光ビームとして出射される。一
般に、ＴＡＰＳ構造の半導体レーザでは、縦方向（図中
ｙ）に大きく、横方向（図中ｘ）に小さい楕円形状のレ
ーザ光が出射される。

【００１９】即ち、図２０及び図２１に示すように、共
振器長方向で横構造を変えた半導体レーザでは、ストラ
イプ幅（Ｗ）を共振器長方向で変化させることによって
電流注入幅を変えている。

【００２０】さらに、ストライプ幅Ｗを共振器長方向で
変化させることによって、共振器長方向の有効屈折率に
は分布が生じる。このとき、ストライプ幅Ｗが小さくな
ると、いわゆるロスインデックスガイド機構が働き、横
方向の有効屈折率（実効屈折率）に分布ができる。ま
た、ストライプ幅Ｗが小さくなるに従って、実効キャビ
ティロスが大きく、かつ有効屈折率も大きくなるという
関係になる。即ち、端面部での光の吸収量を低減させる
ためには、実効キャビティロスを低減すればよく、つま
り、その部分でのストライプ幅Ｗを大きくすればよい。
なお、前記ロスインデックスガイドとは、ストライプ内
に光を閉じ込めるためにストライプ内と外とで屈折率を
変えるときに、吸収係数を異ならせて屈折率を変える方
法を意味する。

【００２１】しかしながら、端面部でのストライプ幅Ｗ
を大きくすると、その部分での有効屈折率が小さくなっ
てしまうので電流密度が上がってしまい、従って、発熱
量分布が大きくなってバンドギャップの低下量が大きく
なる。

【００２２】さらに、図２２に示すように、ストライプ
幅Ｗを大きくすると、光の放射角が縦方向ではより大き
くなり、横方向では小さくなるために、そのアスペクト
比（ｙ／ｘ）が大きくなって、光磁気記録、光ディスク
への応用の観点から不都合さが増す。

【００２３】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、特に半導体発光素子の端面部
での劣化を抑制し、高出力かつ信頼性の高い発光素子
（特に半導体レーザ）及びその製造方法を提供すること
にある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、少なく
とも一方の光出射端面から連続した第１部位と、この第
１部位に対し前記光出射端面とは反対側に存在する第２
部位とが、活性層上において共振器長方向に順次配さ
れ、前記第１部位の層構成と前記第２部位の層構成とが
素子厚方向において互いに異なっている、発光素子（以
下、本発明の発光素子と称する。）に係るものである。

【００２５】本発明の発光素子によれば、少なくとも一
方の光出射端面から連続した第１部位（端面部）と、こ
の第１部位に対して前記光出射端面とは反対側に存在す
る第２部位（前記端面部以外の領域：中間部）とが、活
性層に関して共振器長方向に順次配され、前記第１部位
の層構成と前記第２部位の層構成とが素子厚方向（以
下、縦方向と称することがある。）において互いに異な
っているので、前記第１部位及び前記第２部位にて有効
屈折率や実効キャビティロス等の分布が異なり、これら
を各部位毎に独立に規定できる。

【００２６】即ち、素子厚方向（縦方向）の層構成に基
づいて、特に前記活性層において、前記第１部位と前記
第２部位とに有効屈折率や実効キャビティロス等の分布
が発生し、それぞれの部位における光の吸収量、屈折率
等を適宜調節できるので、発光素子端面部での構造劣化
（例えば素子構造の破壊など）を抑制し、高出力かつ信
頼性の高い発光素子（特に半導体レーザ）が得られる。

【００２７】なお、前記層構成とは、積層構造を構成す
る各層の縦方向（素子厚方向）の層構成であり、横方向
の層構成（例えばストライプ幅等）の共振器長方向の違
いを意味しない。

【００２８】また、本発明は、本発明の発光素子を再現
性良く製造する方法として、少なくとも一方の光出射端
面から連続した第１部位と、この第１部位に対し前記光
出射端面とは反対側に存在する第２部位とを、活性層上
において共振器長方向に順次配し、この際、前記第１部
位の層構成と前記第２部位の層構成とが素子厚方向にお
いて互いに異なるように加工する、発光素子の製造方法
（以下、本発明の製造方法と称する。）を提供するもの
である。

【００２９】なお、前記「有効屈折率」とは、特に半導
体レーザの各層に占める光の割合で平均化した屈折率を
意味し、また、前記「実効キャビティロス」とは、それ
ぞれの領域のみで光を減衰させる成分のことを意味する
〔Casy and Panish ; “Heterostructure Lasers”Chap
ter 7 (Academic Press)等参照〕。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の発光素子及び本発明の製
造方法において、前記第１部位と前記第２部位とで有効
屈折率分布が異なっていることが望ましく、上述した構
成に基づいてこの有効屈折率分布を共振器長方向に分布
させることができる。

【００３１】なお、共振器長方向における前記第１部位
の長さＬ₁は１０μｍ〜５０μｍが望ましく、前記第２
部位の長さＬ₂は２００μｍ〜７００μｍが望ましい。
第１部位の長さの望ましい下限値１０μｍは光の閉じ込
め量、即ち横モードを変調するのに必要な長さであり、
また、端面部に電流非注入領域を設けた半導体レーザの
場合、特にその部位の長さを１０μｍ程度とすること
で、縦モードが双安定化する〔光出力−電流特性（Ｌ−
Ｉカーブ）にはキンクが現れる〕現象が現れることが知
られている。従って、この類推から第１部位の長さＬ₁
が１０μｍ以上有れば、光のモードに影響を十分に与え
ることができる。

【００３２】また、赤色ハイパワーレーザでは、共振器
長７００μｍあたりでしきい電流密度が最小となる。従
って、第２部位の長さの望ましい上限は７００μｍであ
り、更に、共振器長は今後短くなっていくことが予想さ
れ、最終的には２５０μｍ程度になると考えられ、この
場合が、第２部位の長さの望ましい下限値２００μｍで
ある。

【００３３】また、前記第１部位の有効屈折率を前記第
２部位の有効屈折率よりも大きくし、かつ、前記第１部
位の実効キャビティロスを前記第２部位の実効キャビテ
ィロスよりも小さくすることが望ましい。

【００３４】このように、有効屈折率及び実効キャビテ
ィロスの分布を前記第１部位と前記第２部位とで互いに
異ならせると、第１部位（端面部）と第２部位（前記端
面部を含まない部分）でのバンドギャップ差を小さくし
て前記第１部位での光の吸収量を低下させることができ
ると同時に、この部位での屈折率が大きくなっているの
で、縦方向の光の放射角（図２１のｙに対応）が小さく
なり、横方向の光の放射角（図２１のｘに対応）が大き
くなって、アスペクト比の小さな真円形状の光ビームを
出射できる。

【００３５】また、半導体基板上に第一のクラッド層
と、活性層と、第二のクラッド層とを順次積層した積層
構造であって、前記第二のクラッド層の両側が電流狭窄
層で挟まれた部位を前記第１部位とし、前記第二のクラ
ッド層の上面が電流注入層で覆われた部位を前記第２部
位とすることができる。この第２部位においては、上面
部を電流注入層で覆い、それ以外の部分（両側面）は前
記電流狭窄層で覆ってよい。

【００３６】但し、ここで、前記第一のクラッド層と
は、活性層に対して電子（又は正孔）の注入を行う層構
成部分であり、また、前記第二のクラッド層とは、前記
活性層に対して正孔（又は電子）の注入を行う層構成部
分である。特に、前記第２部位における前記第二のクラ
ッド層の厚みよりも、前記第１部位における前記第二の
クラッド層の厚みを大きく構成してよい。

【００３７】また、本発明の発光素子及び製造方法は、
アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウ
ム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の周
期表第３族元素と、ヒ素（Ａｓ）及びリン（Ｐ）からな
る群より選ばれる少なくとも１種の周期表第５族元素と
からなる化合物半導体発光素子であってよい。

【００３８】次に、本発明の発光素子の作用を説明す
る。

【００３９】ここでは、図３に示した２種類の縦構造を
例にとって説明する。なお、図３（Ａ）は、有効屈折率
がより大きくかつ実効キャビティロスが小さい縦構造ａ
を示し、図３（Ｂ）は、有効屈折率がより小さくかつ実
効キャビティロスが大きい縦構造ｂを示す。

【００４０】これらの縦構造を用いたレーザとして、図
４（Ａ）に、共振器長方向にすべて縦構造ａで構成され
る構造Ａを有するレーザ、図４（Ｂ）に、共振器長方向
に縦構造ａと縦構造ｂとの構造を単純に接続した構造Ｂ
を有するレーザをそれぞれ示す。なお、構造Ａ及び構造
Ｂにおいては、位置ｚにて各縦構造が接続されており、
また、各レーザからの出射光方向を図中矢印ｃ方向とし
て、レーザ光の出射面２１側およびその反対面（反射
面）２２側の反射率をそれぞれＲｆ、Ｒｒと表し、Ｒｆ
＜Ｒｒとする。

【００４１】まず、構造Ａ及び構造Ｂを有するレーザに
おける光強度分布を図５に示す。なお、図中実線は構造
Ａ、図中破線は構造Ｂの場合を示し、構造Ａは、共振器
長方向に縦構造（素子厚方向の層構成）が単一のレーザ
であって、構造Ｂは、共振器長方向に縦構造の異なる部
位を有するレーザである（以下、同様）。

【００４２】即ち、有効屈折率の低い縦構造ｂを有する
構造Ｂのレーザでは光の強度分布が低減し、さらに出射
光量は構造Ａと構造Ｂとでは同じであるので、位置と光
強度とは図５の如き関係になる。このことから、構造Ｂ
のレーザは、構造Ａのレーザに比べて、特に有効屈折率
の小さな縦構造ｂを有する部位にて、光強度が大きくな
ること（即ち、高出力化可能であること）が分かる。

【００４３】一方、キャリア分布を図６に示す。構造Ｂ
では縦構造ｂが加わっており、実効キャビティロスが増
大していることから、特にその縦構造ｂの部分にてキャ
リア分布が増大すると考えられ、図中破線の如くなる。

【００４４】次に、光の吸収を考慮しないバンドギャッ
プ分布を図７に示す。バンドギャップの分布は、主とし
てレーザ端面での格子の緩和、電流密度分布からくる発
熱量分布による効果を考えればよい。すると、図６に示
す関係から、構造Ａでのバンドギャップ分布を実線とす
ると、構造Ｂでは図中波線のようになる。即ち、構造Ａ
では、その端面部と中間部とのバンドギャップ差が大き
いのに対し、構造Ｂでは、そのバンドギャップ差を小さ
くできる。

【００４５】また、光吸収量分布は、図５に示した光強
度分布と図７に示したバンドギャップ分布とから、図８
のようになると考えられる。即ち、特に構造Ｂを有する
レーザでは、そのレーザ出射側での光の吸収量を低減さ
せることができ、従って、光の吸収に伴う端面部でのレ
ーザの劣化を抑制することができる。

【００４６】一方、光の放射角は、勿論そのストライプ
幅にもよるが、端面部での有効屈折率が大きくなるほ
ど、縦方向の放射角は小さく、横方向の放射角は大きく
なる。従って、構造Ａを有するＴＡＰＳ構造の半導体レ
ーザ（図２１参照）に比べて、構造Ｂを有するレーザで
は、縦方向の放射角は小さく、水平方向の放射角は大き
くなって、真円形状若しくはほぼ真円形状の光ビームが
得られる。

【００４７】次に、本発明の望ましい実施の形態につい
て具体的に説明する。ここでは、図１に示す屈折率導波
型の化合物半導体レーザを例にとって説明する。

【００４８】図１（Ａ）に示す如く、本実施の形態に基
づく発光素子は、素子厚方向（縦方向：以下、同様）の
層構造が互いに異なる第１部位（Ｉ）と第２部位（II）
とを共振器長方向に有する半導体レーザ２０である。

【００４９】また、図１（Ｂ）に、端面を含む連続した
部位である第１部位（Ｉ）の層構成（Ｂ−Ｂ線断面図）
を示し、図１（Ｃ）に、端面を含まない部位である第２
部位（II）の層構成（Ｃ−Ｃ線断面図）を示す。

【００５０】ここで、半導体レーザ２０における第１部
位（Ｉ）の層構成は、図１（Ｂ）に示す如く、基板１上
に、第１バッファー層２と第２バッファー層３とｎ型ク
ラッド層４とからなる前記第一のクラッド層と、活性層
（例えばＭＱＷ構造の活性層：多重量子井戸構造活性
層）５と、第１ｐ型クラッド層６と第１エッチングスト
ップ層（これは、可飽和吸収層を兼ねていてもよい：以
下、同様）７と第２ｐ型クラッド層８と第２エッチング
ストップ層（これは、可飽和吸収層を兼ねていてもよ
い：以下、同様）９と第３ｐ型クラッド層１０とｐ型半
導体層１１とコンタクト層１２とからなる前記第二のク
ラッド層と、が積層された化合物半導体の積層構造を有
しており、前記第二のクラッド層は、図示の如く、ｐ電
極１６からの正孔の注入幅を制限するための電流狭窄層
（ｎ型）１３に挟まれている。

【００５１】また、第２部位（II）の層構成は、図１
（Ｃ）に示す如く、基板１上に、第１バッファー層２と
第２バッファー層３とｎ型クラッド層４とからなる前記
第一のクラッド層と、活性層（例えばＭＱＷ構造の活性
層：多重量子井戸構造活性層）５と、第１ｐ型クラッド
層６と第１エッチングストップ層（又は可飽和吸収層）
７と第２ｐ型クラッド層８と第２エッチングストップ層
（又は可飽和吸収層）９とからなる第二のクラッド層
と、が積層された化合物半導体の積層構造を有してお
り、前記第二のクラッド層は、図示の如く、電流狭窄層
（ｎ型）１３で覆われている。但し、ｐ電極１６からの
正孔注入のために、ｎ型の電流狭窄層１３には、ｐ型の
電流注入層１４が設けられている。

【００５２】また、本実施の形態に基づく半導体レーザ
２０の一部分の積層構造を図２に示す。即ち、前記第二
のクラッド層は、図示の如く、第１部位（Ｉ）において
は、第１エッチングストップ層７上に、第２ｐ型クラッ
ド層８、第２エッチングストップ層９、第３ｐ型クラッ
ド層１０、及び、ｐ型半導体層１１が積層された層構成
を有しており、これに対して、第２部位（II）において
は、第１エッチングストップ層７上に、第２ｐ型クラッ
ド層８、第２エッチングストップ層９が積層された層構
成を有している。

【００５３】即ち、特に、その活性層において、第１部
位（Ｉ）では、有効屈折率が比較的大きくかつ実効キャ
ビティロスが比較的小さくなり、第２部位（II）では、
有効屈折率が比較的小さくかつ実効キャビティロスが比
較的大きくなって、共振器長方向に有効屈折率及び実効
キャビティロスの分布を有する半導体レーザが得られ
る。

【００５４】従って、ｎ電極１５及びｐ電極１６間に順
方向電圧を印加すると、第１部位、第２部位ともに電流
が注入され、活性層にて電子（エレクトロン）、正孔
（ホール）が再結合し、発光が起こる。更に電圧を加
え、電流の注入量を高めるとレーザ発振をする。この
時、第１部位、第２部位のそれぞれ単独の領域を見る
と、共にストライプ内の屈折率が高いため、光がストラ
イプ内に閉じ込められ、モードを形成する。また、それ
ぞれの部位でのストライプ内外の屈折率差に応じて、そ
の光の閉じ込め量が異なり、さらにこのため、ストライ
プ外への光のしみ出し量が異なり、ストライプ外の埋め
込み層での光の吸収量が異なる。

【００５５】即ち、第１部位では、第２部位よりも有効
屈折率が高いため、ストライプ内に閉じ込められている
光の量がより多くなり、端面での誘導放射の効率を高め
ることができ、これによって端面での電流密度、言い換
えればキャリアの再結合量を小さくすることができる。
従って、再結合するキャリアのうち発光に寄与せずに非
発光再結合するキャリア量が低下されることになる。ま
た、第１部位では、第２部位よりも実効キャビティロス
が低いため、光の吸収量がより小さい。従って、光の吸
収から生じる発熱も低減されることになる。

【００５６】従って、本実施の形態に基づく半導体レー
ザ２０では、その端面部での構造劣化（特に、発熱によ
る素子構造の破壊など）を抑制することができ、また、
前記端面部での屈折率を十分に大きくできるので、出射
レーザ光を真円形状若しくはほぼ真円形状にすることが
できる上、高出力レーザ光を出射できる。

【００５７】次に、本実施の形態に基づく半導体レーザ
（ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザ）の製造方法
を図９〜１９を参照に説明する。

【００５８】まず、図９に示した積層構造３０を作成す
るために、例えば、基板１として、ジャスト或いは微小
角度に傾斜した面方位を持つｎ導電型（００１）ＧａＡ
ｓ基板を有機洗浄した後、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金
属化学的気相成長：Metal Organic Chemical Vapor Dep
osition ）装置や、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル：Mo
lecular Beam Epitaxial）装置などの化合物半導体薄膜
成長装置に入れる。

【００５９】次いで、ＧａＡｓ基板１上に、第１バッフ
ァー層２としてＧａＡｓバッファー層を例えば３０ｎｍ
に成長させ、その後、第２バッファー層３としてＧａＩ
ｎＰバッファー層を例えば３０ｎｍに成長させる。

【００６０】次いで、ｎ型クラッド層４として、（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐに、例えば３×１０^-17
ｃｍ^-3の濃度のＳｅ或いはＳｉ等の周期表第６族からな
るｎ型導電性不純物をドープしたｎ型導電性クラッド層
を成長させる。

【００６１】しかる後、活性層５を成長させるが、ここ
では、図９（Ｂ）に示す如く、例えば、（Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる光ガイド層２５及び２６
に、ＧａＩｎＰからなる量子井戸層２７と（Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなるバリア層２８との多重
量子井戸構造が挟持されたいわゆるＭＱＷ（MultipleQu
antum Well ）構造の活性層を成長させる。

【００６２】この後、第１ｐ型クラッド層（ｐ型導電性
クラッド層）６として、例えば濃度が５×１０⁺¹⁷ｃｍ
^-3のＺｎをｐ型導電性不純物として添加した（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを例えば厚み３００ｎｍに成
長させる。

【００６３】さらに、第１エッチングストップ層（又は
可飽和吸収層）７として、例えば濃度が５×１０⁺¹⁷ｃ
ｍ^-3のＺｎをｐ型導電性不純物として添加したＧａＩｎ
Ｐ層を例えば厚み１５ｎｍに成長させる。

【００６４】しかる後に、第２ｐ型クラッド層（ｐ型導
電性クラッド層）８として、例えば濃度が５×１０⁺¹⁷
ｃｍ^-3のＺｎをｐ型導電性不純物として添加した（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを例えば厚み３００ｎｍ
に成長させる。

【００６５】さらに、第２エッチングストップ層（又は
可飽和吸収層）９として、例えば濃度が５×１０⁺¹⁷ｃ
ｍ^-3のＺｎをｐ型導電性不純物として添加したＧａＩｎ
Ｐ層を例えば厚み１５ｎｍに成長させる。

【００６６】さらに、第３ｐ型クラッド層（ｐ型導電性
クラッド層）１０として、例えば濃度が５×１０⁺¹⁷ｃ
ｍ^-3のＺｎをｐ型導電性不純物として添加した（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを例えば厚み８００ｎｍ
に成長させる。

【００６７】しかる後、ｐ型半導体層１１として、例え
ば濃度が５×１０⁺¹⁷ｃｍ^-3のＺｎをｐ型導電性不純物
として添加したＧａＩｎＰ層を例えば厚み１５ｎｍに成
長させる。

【００６８】その後、コンタクト層１２として、例えば
濃度が５×１０⁺¹⁷ｃｍ^-3のＺｎをｐ型導電性不純物と
して添加したｐ型ＧａＡｓ層を例えば厚み２５０ｎｍに
成長させる。

【００６９】このようにして、図９（Ａ）及び（Ｂ）
に示した化合物半導体の積層構造３０を作成する。

【００７０】次に、この積層構造３０を、図１０〜図１
４に示した工程を経て所定形状にパターニングする。な
お、（Ｉ）は、前記第１部位の層構成を示し、（II）
は、前記第２部位の層構成を示す。

【００７１】まず、積層構造３０の上面４０ａに、図１
５に示す例えばＳｉＯ₂からなるマスク３１をフォトリ
ソグラフィーを利用して作成する。その後、ウエット又
はドライエッチングによって第２エッチングストップ層
９までエッチングすると、図１０に示すように、第２部
位（II）では、第２エッチングストップ層９までエッチ
ングされるが、第１部位（Ｉ）では、マスク（フォトレ
ジスト）３１によって、第３ｐ型クラッド層１０とｐ型
半導体層１１とコンタクト層１２とが所定形状にパター
ニングされる。

【００７２】次いで、マスク３１を除去した後（或いは
そのまま残し）、積層構造３０の上面４０ｂ（第２エッ
チングストップ層９の上面部）に、図１６に示すマスク
３２をフォトリソグラフィーを利用して作成して、ウエ
ット又はドライエッチングによって第１エッチングスト
ップ層７までエッチングする。この時の第１部位（Ｉ）
及び第２部位（II）における層構成を図１１に示す。つ
まり、第２部位（II）では、マスク３２によって所定形
状の第２ｐ型クラッド層８と第２エッチングストップ層
９を残して第１エッチングストップ層７までエッチング
されるが、第１部位（Ｉ）では、マスク３２によって、
さらに第２ｐ型クラッド層８と第２エッチングストップ
層９とが所定形状にパターニングされる。

【００７３】次いで、マスク３２を除去した後、これを
半導体薄膜成長装置内に入れて、図１２に示すように、
電流狭窄層１３ａとして、例えば８×１０⁺¹⁶ｃｍ^-3の
Ｓｅを添加したＧａＡｓ層を例えば厚み１３８０ｎｍに
成長させる。なお、この時の電流狭窄層１３ａはｎ型Ｇ
ａＡｓ層である。

【００７４】その後、フォトリソグラフィー技術を利用
してマスクを作成し、ウエット又はドライエッチングに
よって、図１２の電流狭窄層１３ａの凸部をエッチング
することで平坦化をはかり、図１３に示すように、平坦
化された電流狭窄層１３ｂを有する積層構造を作成す
る。

【００７５】その後、図１７に示す如き、例えば窒化ケ
イ素（特にＳｉＮ）からなるマスク３３を作成し、Ｚｎ
拡散法を用い、特に拡散の終了時には少なくとも１×１
０^-19ｃｍ^-3となる流量のＺｎを流して、この部分のｎ
型導電性ＧａＡｓをｐ型に反転させ、図１４に示すよう
に、第２部位（II）において、ｐ型電流注入層１４を作
成する。

【００７６】この後、半導体膜上に、例えばＴｉ、Ｐ
ｔ、Ａｕの順に金属を蒸着法で被着させて、ｐ型のオー
ミック電極（ｐ電極１６）を形成する。その後、基板を
ラッピングして薄くし、さらに、有機洗浄を施した後、
例えばＡｕ−Ｇｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に基板に金属を蒸着
法で被着させて、ｎ型のオーミックコンタクト（ｎ電極
１５）を形成する。

【００７７】以上をもって、図１に記載した化合物半導
体構造を作成できる。なお、この半導体レーザは、その
活性層が分離閉じ込め構造を有しており、一般にＳＣＨ
（Separate Confinement Heterostructure）型の半導体
レーザと称される。

【００７８】また、上述した製造方法は１例であり、不
純物種、不純物濃度、各半導体層の組成、膜厚、製造工
程等はこれに限定されるものではない。例えば、製造工
程においては、始めに図９に示した積層構造３０を全て
成長させず、例えば、第１エッチングストップ層７まで
を結晶成長させた後、フォトリソグラフィー技術を利用
して所定形状のマスクを設け、第２ｐ型クラッド層８、
第２エッチングストップ層９、第２ｐ型クラッド層１
０、ｐ型半導体層１１及びコンタクト層１２を所定形状
に成長させた後、前記マスクを除去し、電流狭窄層１３
及び電流注入層１４を形成してもよい。

【００７９】次に、この後工程を図１８（１）〜（４）
に示す。

【００８０】まず、図１に示した層構造が上述した工程
に基づいて作成されたウエハ４１を、所望の共振器長に
劈開した後（１）、劈開されたウエハ４２の光出射端面
に保護膜を蒸着させる（２）。

【００８１】なお、前記端面保護膜は、各層の酸化等を
防止すると同時に半導体レーザの高出力化を目的に設け
るものであり、例えば、片側をＡｌ₂Ｏ₃／Ｓｉ多層膜
４４で覆ってその反射率を例えば８５〜９５％とし、そ
の反対側をＡｌ₂Ｏ₃単層膜４３で覆ってその反射率を
５〜１０％とすることができる。

【００８２】その後、チップ化を行い（３）、半導体レ
ーザチップ４５ａ、４５ｂ・・・を作成して、これをパ
ッケージにマウント（組み立て）することで半導体レー
ザが完成される（４）。

【００８３】以上、本発明を望ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明の発光素子は、上述した実施の形
態に限定されるものではない。

【００８４】例えば、半導体レーザにおけるストライプ
幅は、共振器長方向で一定であってもよいが、例えば図
２１に示した如く、その共振器長方向で異なるストライ
プ幅を有していてもよい。

【００８５】また、上述した半導体レーザは共振器長方
向で２種類の層構成を有するものであるが、例えば前記
第１部位又は第２部位が共振器長方向に複数の層構成を
有しており、全体として３種類以上の層構成を有してい
てもよい。または、共振器長方向に段階的に層構成を変
化させた構造であってもよい。

【００８６】また、半導体材料をＡｌＧａＩｎＰ系とし
たが、格子定数の違う材料系としては、ＺｎＳｅ系の周
期表第２族−第６族系化合物半導体（青色発光）や、Ｇ
ａＮ系の周期表第３族−第５族系化合物半導体（青色発
光）等があり、物理的なメカニズムとしては、ここで述
べた例と同様なことが起きると考えられることから、前
述したＺｎＳｅ系の周期表第２族−第６族系化合物半導
体、ＧａＮ系の青色周期表第３族−第５族系化合物半導
体等を適用してもよい。

【００８７】

【発明の作用効果】本発明の発光素子によれば、少なく
とも一方の光出射端面から連続した第１部位と、この第
１部位に対して前記光出射端面とは反対側に存在する第
２部位とが、活性層上において共振器長方向に順次配さ
れ、前記第１部位の層構成と前記第２部位の層構成とが
素子厚方向（縦方向）において互いに異なっているの
で、前記第１部位と前記第２部位とにおいて、有効屈折
率や実効キャビティロス等の分布が発生せしめ、それぞ
れの部位における光吸収量や屈折率等を適宜調節でき、
従って、発光素子の端面劣化を抑制して、信頼性の高い
高出力の発光素子が得られる。

【００８８】本発明の製造方法によれば、少なくとも一
方の光出射端面から連続した第１部位と、この第１部位
に対し前記光出射端面とは反対側に存在する第２部位と
を、活性層上において共振器長方向に順次配し、この
際、前記第１部位の層構成と前記第２部位の層構成とが
素子厚方向において互いに異なるように加工するので、
本発明の発光素子を再現性良く製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく半導体レーザの概略斜視図
（Ａ）、第１部位の層構成を示す断面図（Ｂ）、第２部
位の層構成を示す断面図（Ｃ）である。

【図２】同、第１部位（Ｉ）及び第２部位（II）の概略
斜視図である。

【図３】本発明の発光素子の作用を示すための模式図
（Ａ）、模式図（Ｂ）である。

【図４】同、構造Ａを示す模式図（Ａ）、構造Ｂを示す
模式図（Ｂ）である。

【図５】同、光強度分布を示すグラフである。

【図６】同、キャリア密度分布を示すグラフである。

【図７】同、バンドギャップ分布を示すグラフである。

【図８】同、光吸収量分布を示すグラフである。

【図９】本発明に基づく半導体レーザの製造工程におけ
る概略断面図である。

【図１０】同、製造工程における第１部位（Ｉ）及び第
２部位（II）の他の概略断面図である。

【図１１】同、製造工程における第１部位（Ｉ）及び第
２部位（II）の他の概略断面図である。

【図１２】同、製造工程における第１部位（Ｉ）及び第
２部位（II）の他の概略断面図である。

【図１３】同、製造工程における第１部位（Ｉ）及び第
２部位（II）の他の概略断面図である。

【図１４】同、製造工程における第１部位（Ｉ）及び第
２部位（II）の他の概略断面図である。

【図１５】同、製造工程で使用するマスクパターンを示
す概略図である。

【図１６】同、製造工程で使用する他のマスクパターン
を示す概略図である。

【図１７】同、製造工程で使用する他のマスクパターン
を示す概略図である。

【図１８】同、後工程を示すフロー図である。

【図１９】従来の共振器長方向に単一縦構造を有する半
導体レーザの概略斜視図である。

【図２０】同、端面部構造を示す概略断面図である。

【図２１】同、他の半導体レーザの概略斜視図である。

【図２２】ストライプ幅Ｗと横方向放射角及び縦方向放
射角との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１、６２…基板、２…第１バッファー層、３…第２バッ
ファー層、４…ｎ型クラッド層、５、６４…活性層、６
…第１ｐ型クラッド層、７…第１エッチングストップ
層、８…第２ｐ型クラッド層、９…第２エッチングスト
ップ層、１０…第３ｐ型クラッド層、１１…ｐ型半導体
層、１２…コンタクト層、１３、１３ａ、１３ｂ…ｎ型
電流狭窄層、１４…ｐ型電流注入層、１５…ｎ電極、１
６…ｐ電極、２０、５０、６１…半導体レーザ、２１…
出射面、２２…反射面、２５…第１光ガイド層、２６…
第２光ガイド層、２７…量子井戸層、２８…バリア層、
３０…層構成、３１、３２、３３…マスク（フォトレジ
スト）、４０ａ、４０、４０ｃ…上部、４１、４２…ウ
エハ、４３…Ａｌ₂Ｏ₃単層膜、４４…Ａｌ₂Ｏ₃／Ｓ
ｉ多層膜、４５ａ、４５ｂ…半導体レーザチップ、５
６、６３…第一のクラッド層、５７、６５…第二のクラ
ッド層、５８、６６…電流狭窄層、６７…レーザ光、
ａ、ｂ…縦構造、（Ｉ）…第１部位、（II）…第２部位

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方の光出射端面から連続し
た第１部位と、この第１部位に対し前記光出射端面とは
反対側に存在する第２部位とが、活性層上において共振
器長方向に順次配され、前記第１部位の層構成と前記第
２部位の層構成とが素子厚方向において互いに異なって
いる、発光素子。
【請求項２】前記第１部位と前記第２部位とで有効屈
折率分布が異なっている、請求項１に記載した発光素
子。
【請求項３】前記第１部位の有効屈折率が前記第２部
位の有効屈折率よりも大きく、かつ、前記第１部位の実
効キャビティロスが前記第２部位の実効キャビティロス
よりも小さくなるように構成されている、請求項１に記
載した発光素子。
【請求項４】半導体基板上に第一のクラッド層と、活
性層と、第二のクラッド層とが順次積層された積層構造
であって、前記第二のクラッド層の両側が電流狭窄層で
挟まれた部位が前記第１部位であり、前記第二のクラッ
ド層の上面が電流注入層で覆われた部位が前記第２部位
である、請求項１に記載した発光素子。
【請求項５】前記第２部位における前記第二のクラッ
ド層の厚みよりも、前記第１部位における前記第二のク
ラッド層の厚みが大きく構成されている、請求項４に記
載した発光素子。
【請求項６】アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ
ａ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる少
なくとも１種の周期表第３族元素と、ヒ素（Ａｓ）及び
リン（Ｐ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の周
期表第５族元素とからなる化合物半導体発光素子であ
る、請求項１に記載した発光素子。
【請求項７】少なくとも一方の光出射端面から連続し
た第１部位と、この第１部位に対し前記光出射端面とは
反対側に存在する第２部位とを、活性層上において共振
器長方向に順次配し、この際、前記第１部位の層構成と
前記第２部位の層構成とが素子厚方向において互いに異
なるように加工する、発光素子の製造方法。
【請求項８】前記第１部位と前記第２部位とで有効屈
折率分布を異ならせる、請求項７に記載した発光素子の
製造方法。
【請求項９】前記第１部位の有効屈折率を前記第２部
位の有効屈折率よりも大きく、かつ、前記第１部位の実
効キャビティロスを前記第２部位の実効キャビティロス
よりも小さくする、請求項７に記載した発光素子の製造
方法。
【請求項１０】半導体基板上に第一のクラッド層と、
活性層と、第二のクラッド層とを順次積層して積層構造
を形成し、前記第二のクラッド層の両側が電流狭窄層で
挟まれた部位を前記第１部位とし、前記第二のクラッド
層の上面が電流注入層で覆われた部位を前記第２部位と
する、請求項７に記載した発光素子の製造方法。
【請求項１１】前記第２部位における前記第二のクラ
ッド層の厚みよりも、前記第１部位における前記第二の
クラッド層の厚みが大きくなるように前記積層構造での
前記第二のクラッド層を加工する、請求項１０に記載し
た発光素子の製造方法。
【請求項１２】アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ
ａ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる少
なくとも１種の周期表第３族元素と、ヒ素（Ａｓ）及び
リン（Ｐ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の周
期表第５族元素とからなる化合物半導体によって形成す
る、請求項７に記載した発光素子の製造方法。