JP4331137B2 - 半導体レーザ - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク装置、情報処理装置などの光源として使用される半導体レーザ装置に関する。

ＤＶＤなど光ディスクの高密度記録化の進展に伴い、再生だけでなく、ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−ＲＷなどの記録用ＤＶＤドライブが製品化されてきている。そして、その記録倍速は高速化の一途をたどっている。

このような記録用ＤＶＤドライブの記録倍速高速化に対応して、その光源として使用される半導体レーザの高出力化の要望が強く高まってきている。半導体レーザの高出力化の手段として、様々な提案がなされているが、活性層上部のクラッド層を加工して、対称性・垂直性の高いリッジ型ストライプを形成することが有効な手段のひとつとして挙げられる。

リッジの対称性・垂直性を向上させ、電流分布形状と光分布形状を同等となるよう近づけることで、高出力化の際に課題となるキンクレベルを向上させることができる。また、ストライプ断面リッジ形状のトップ寸法をボトム寸法と同等にすることで、電流注入の際の熱抵抗を減少させることができ、低動作電流を実現できる。

このことについてもう少し詳しく説明する。

半導体レーザの高出力化における課題は、半導体レーザのキンク光レベルの向上と、特に高出力動作時の動作電流の低減である。キンク光レベルが低くなると、所望の光出力を一定の電流値で安定制御できないことやビーム形状（利用する光量）の不安定化が課題になる。また、動作電流が大きくなると、熱エネルギーに変換される割合が高くなり、早期の素子劣化につながる。

キンク光レベルの向上には、ストライプ断面でのリッジ形状が、半導体基板を下にして左右対称であることが望ましい。これにより、キャリアの分布と光の分布の差が小さくなり、ホールバーニング現象も抑制され、リッジ部の非対称性に起因する横モードの不安定性が解消されるからである。

また、動作電流の低減には、リッジ側面の面方位と基板面方位のなす角度を大きくする（９０°に近づける）ことで、ストライプ断面リッジ形状のトップ寸法が大きくなり、ストライプ上面の電気抵抗が低くなる。これにより、電流注入時の発熱が減少し、レーザ動作電流を低減できるからである。

しかしながら、発振波長６５０ｎｍ帯の可視光半導体レーザの場合、ＧａＩｎＰ層の自然超格子（秩序化構造）形成を抑制するため、基板方位が（００１）面から［１１０］方向に１０°程傾斜したオフ角を有する半導体基板を用いることが一般的であり、ウェットエッチング技術を用いてリッジ型ストライプを形成すると、リッジ形状は基板オフ角を反映して非対称となる。また、ウェットエッチング法ではエッチングマスクに対するサイドエッチ量が大きいため、そのリッジ形状は垂直性の低い台形状となる。以上の点から、リッジ形状の非対称性及び垂直性を改善するのは非常に困難であった。

近年、ドライエッチング技術とウェットエッチング技術を併用して、リッジ型ストライプを形成し、リッジの対称性・垂直性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ドライエッチングは異方性エッチングであるため、ウェットエッチングのみでリッジを形成する場合に比べて、対称性・垂直性が改善されたリッジ形状が得られる。

さらにリッジの対称性・垂直性を向上させるために、ドライエッチング技術のみでリッジ型ストライプを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術により、ドライエッチングとウェットエッチングを併用してリッジを形成する場合に比べ、対称性・垂直性がより改善されたリッジ形状が得られる。

しかし、ドライエッチングはＡｒイオンによるスパッタが主要因であるため、十分な選択性の確保が困難であり、エッチング深さ制御が重要である。

特許文献１に示された第１の従来技術における半導体レーザ装置およびその製造方法について、図６、図７を用いて説明する。

図６は第１の従来技術における半導体レーザ装置の断面図であり、図７はその製造工程説明図である。なお、図７では、説明を簡単にするため、レーザ構造の一部を割愛した。

図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型クラッド層５０３、量子井戸構造の活性層５０４、ｐ型クラッド層５０５、ｐ型エッチングストップ層５０６が順に積層された構造であり、エッチングストップ層５０６の上に、リッジ型ストライプのｐ型クラッド層５０７が形成されている。ｐ型クラッド層５０７の上にはｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９が形成されており、ｐ型クラッド層５０７およびｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９の側面を覆うようにｎ型電流ブロック層５１０が形成されている。最上層には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１１が形成されている。なお、ｐ側電極、ｎ側電極は図示していない。

ここで、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９の幅は、ｐ型クラッド層５０７の上面よりも広くなっているが、これは、以降に示す製造工程を経て形成される。

以下、このレーザ装置の製造方法について説明する。

図７（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型クラッド層５０３、量子井戸構造の活性層５０４、ｐ型クラッド層５０５、ｐ型エッチングストップ層５０６、ｐ型クラッド層５０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９をＭＯＣＶＤ法により、順次エピタキシャル成長させる。その後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術により、リッジ型ストライプパターン５１３を形成する。

ここで、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ装置を作製する場合、ｐ型クラッド層５０７とｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９の間に、ｐ型中間層を堆積する（図示せず）。

また、リッジ型ストライプパターン５１３はフォトレジストを用いて作成されているが、ＳｉＯ₂などの絶縁物を用いて作成されたリッジ型ストライプパターンとしてもよい（図示せず）。

次に図７（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９および、ｐ型クラッド層５０７を、ｐ型クラッド層５０７の下に形成されたｐ型エッチングストップ層５０６の上５００Å〜３５００Åの位置までエッチングする。

次に図７（ｃ）に示すように、ｐ型エッチングストップ層５０６までウェットエッチングを行い、リッジ型ストライプを形成する。

次に図７（ｄ）に示すように、フォトレジストを除去した後、ＭＯＣＶＤ法にてｎ型電流ブロック層５１０を堆積させ、ウェットエッチングにより電流注入領域の電流ブロック層を除去する。その後、再度ＭＯＣＶＤ法にてｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１１を形成して、半導体レーザウェハを完成させる。

上記の製造方法により、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系赤外半導体レーザ装置、およびＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ装置において、対称性・垂直性の高いリッジ形状が得られる。

ドライエッチングの後にウェットエッチングを行うことによりエッチング深さ制御、リッジ形状の均一化が図れるが、上述したように、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ装置においては、一般的に基板方位が（００１）面から［１１０］方向に傾斜したオフ角を有する半導体基板を用いるため、リッジ形状の対称性は完全ではない。

次いで、特許文献１に示された第２の従来技術における半導体レーザ装置およびその製造方法について、図８、図９を用いて説明する。

図８は第２の従来技術における半導体レーザ装置の断面図であり、図９はその製造工程説明図である。なお、図９では、説明を簡単にするため、レーザ構造の一部を割愛した。

また、図８に示した半導体レーザ装置の構造は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層とｐ型クラッド層の上面の幅との大小関係を除けば、図６に示した構造と同じであるため、説明を割愛する。

図９（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板７０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層７０３、量子井戸構造の活性層７０４、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層７０５、ｐ型エッチングストップ層７０６、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層７０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７０９をＭＯＶＰＥ法により、順次エピタキシャル成長させる。その後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７０９の表面上にＡｌ₂Ｏ₃などの絶縁物を堆積し、フォトリソグラフィー技術により、リッジ型ストライプパターン７１３を形成する。

ここで、ｐ型エッチングストップ層７０６は、レーザ光を吸収しないバンドギャップを有するか、または量子効果が得られるように設計された層厚のＩｎを含む層で、例えばＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰである。

次に図９（ｂ）に示すように、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層７０７およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７０９を、ｐ型エッチングストップ層７０６に至るまでドライエッチングを行う。

ドライエッチングにはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）によるドライエッチング法を用いており、ｐ型エッチングストップ層７０６はＩｎを含む層を用いているため、そのエッチングレートは、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層７０７およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７０９と比較して著しく低下する。そのため、ドライエッチングでは、このＩｎを含む層でエッチングストップすることができる。

次に図９（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、電流ブロック層７１０を形成する。次いで、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー技術により、リッジ型ストライプ上に成長した電流ブロック層７１０の不要部分を除去した後、再度ＭＯＶＰＥ法にてｐ型ＧａＡｓコンタクト層７１１を形成し、半導体レーザウェハを完成させる。

上記の製造方法により、対称性・垂直性の高いリッジ形状が得られるが、ドライエッチングにおける選択性を確保するために、ｐ型クラッド層にＩｎが含まれていないＡｌＧａＡｓを用いなくてはならず、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置には適用することができないという課題を有する。

次に、特許文献２に示された第３の従来技術における半導体レーザ装置およびその製造方法について、図１０、図１１を用いて説明する。

図１０は第３の従来技術における半導体レーザ装置の断面図であり、図１１はその製造工程説明図である。

図１０に示すように、この半導体レーザ装置では、ｎ型ＧａＡｓ基板９０２上にｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層９０３、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸構造活性層９０４、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層９０７、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロ緩衝層９０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９０９が順に積層されており、このうち、ｐ型クラッド層９０７、ｐ型ヘテロ緩衝層９０８、ｐ型キャップ層９０９がリッジ型ストライプ形状にパターニングされている。

さらに、リッジ型ストライプを覆うように、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層９０５、ｐ型ＧａＡｓブロック層９０６が積層されており、ｐ型ＧａＡｓブロック層９０６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９０９の上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層９１０が形成されている。

この表面にｐ側電極９１１が、基板９０２の裏面にｎ側電極９０１がそれぞれ形成されている。

以下、この半導体レーザ装置の製造方法について説明する。

図１１（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板９０２上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層９０３、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸構造活性層９０４、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層９０７、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロ緩衝層９０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９０９を順次エピタキシャル成長させる。その後、ＳｉＯ₂膜を基板全面に成膜し、フォトリソグラフィー技術により、ＳｉＯ₂ストライプ９１３を形成する。

次に図１１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂ストライプ９１３をマスクとして、ドライエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９０９と、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロ緩衝層９０８、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層９０７の一部をエッチングし、リッジ型ストライプを形成する。

次に図１１（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法で、ＳｉＯ₂ストライプ９１３をマスクとして、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層９０５、ｐ型ＧａＡｓブロック層９０６を順次エピタキシャル成長させる。

次に図１１（ｄ）に示すように、ＳｉＯ₂ストライプ９１３を除去し、ＭＯＣＶＤ法で基板全面にｐ型ＧａＡｓコンタクト層９１０を成長させる。最後に、ｐ側電極９１１、ｎ側電極９０１を形成して、半導体レーザ装置を作製する。

上記の製造方法により、裾にだれが無く、対称性・垂直性の高いリッジ形状が実現できる。
特開２００３−６９１５４号公報 特開２０００−２９４８７７号公報

従来のウェットエッチング技術のみでリッジ型ストライプの形成を行うと、リッジ部が台形形状（上底が下底より狭い）となり、キンク光レベルを確保するために要求されるボトム幅（下底寸法）が狭い場合は、リッジ部トップ幅（上底）が極めて狭くなるため、リッジ部が作製できない場合もあった。リッジ高さを低減することでリッジ形成は可能になるが、活性層に垂直な方向の光吸収（ロス）が増大するため、高出力レーザを設計、構成することは難しい。

エッチング薬液を用いて半導体結晶をエッチングする場合、化学的に安定な細密面の（１１１）面がリッジ側面となるのが通常である。そのため、基板方位が（００１）面から［１１０］方向に傾斜したオフ角を有する半導体基板を用いると、リッジ形状は左右非対称となる。また、リッジトップ付近のサイドエッチング量が大きいため、ストライプ上面の面積が小さくなり、電流注入時の電気抵抗が高くなる。これらの現象は、ウェットエッチング量が大きいほど顕著となる。

また、第２の従来技術で示したようにドライエッチングを用いてリッジ型ストライプを形成した場合、エッチング深さの制御が困難である。ウェットエッチングを用いたリッジ型ストライプの形成時には、一般的に被エッチング材料よりもエッチングレートの十分小さい材料をエッチングストップ層として設け、エッチングレートの差を利用して被エッチング材料を下地に対し選択的にエッチングして深さ制御を行う。

一方、ドライエッチングは物理現象であるスパッタが主要因であるため、大きな選択性が得られにくいため、エッチング深さの制御性に劣る。

そのため、上述した第１の従来技術では、リッジ型ストライプ形成を、まずドライエッチング、続いてウェットエッチングを用いて行い、ウェットエッチングの高選択性を利用して、エッチング深さを制御している。しかし、このようにしてリッジ型ストライプを形成する場合、ドライエッチングの深さばらつきによるエッチングストップ層の突き抜けを防ぐ目的で、ウェットエッチング量を増やさなければならず、リッジ形状の対称性・垂直性が低下してしまう。

また、上述した第３の従来技術では、ｐ型クラッド層９０７の途中でドライエッチングを止める方法を用いているが、ドライエッチングのエッチング量ばらつきによってリッジ側部のｐ型クラッド層の膜厚が変動し、特性ばらつきを生じるおそれが高い。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、ドライエッチングで適用できるＡｌ含有率の差を利用したエッチングストップ層を用いることにより、ドライエッチング技術のみで、あるいは少ないウェットエッチング量で、対称性・垂直性の高いリッジ型ストライプ形成を可能にし、キンク光レベルが高く、発振動作電流が小さい高出力半導体レーザ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ装置は、基板方位が（００１）面から[１１０]方向に傾斜したオフ角を有する第１導電型半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第１クラッド層と、エッチングストップ層と、第２導電型の第２クラッド層とをこの順に備え、かつ前記第２導電型の第２クラッド層がストライプ状のリッジに形成されている半導体レーザ装置であって、前記エッチングストップ層は第２導電型の第２クラッド層よりＡｌ含有率が高く、前記リッジのストライプ方向に垂直な断面形状がほぼ左右対称であり、前記半導体基板の面方位と前記リッジ型ストライプ側面の面方位とのなす角度が８０°以上であることを特徴とするリッジストライプ型の半導体レーザ装置。

前記エッチングストップ層及び前記第２導電型の第２クラッド層がＩｎをさらに含むことが好ましい。

前記リッジの裾にだれが無いことが好ましい。

前記エッチングストップ層のＩｎ含有率が、前記第２導電型の第２クラッド層のＩｎ含有率よりも高いことが好ましい。

前記エッチングストップ層はレーザ光を吸収しない程度のバンドギャップを有することが好ましい。

前記エッチングストップ層がＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含むことが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第１クラッド層と、第２導電型の第２クラッド層よりＡｌ含有率の高い層を含むエッチングストップ層と、第２導電型の第２クラッド層とを順次形成する工程と、ドライエッチング技術を用いて前記第２導電型の第２クラッド層を前記エッチングストップ層に至るまでエッチングし、レーザ共振器の長手方向に延びるリッジ型ストライプを形成する工程と、前記リッジ型ストライプを含む前記半導体基板上に電流ブロック層を形成する工程と、を備えている。

前記第２導電型の第２クラッド層をエッチングする工程において、誘導結合型プラズマまたはＥＣＲプラズマを用いたドライエッチング法を用い、エッチングガスとして少なくともＳｉとＣｌを含む混合ガスを使用したことが好ましい。

前記第２導電型の第２クラッド層をエッチングする工程において、前記エッチングストップ層が２層以上の構成であり、かつ最表面の層の一部もしくはすべてがドライエッチングもしくはウェットエッチングにより除去されていることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、書き換え可能な光ディスクに適用ができる、キンク光出力が高い、高出力半導体レーザ装置を得ることができる。また、注入電流により発生する熱を抑えることで、動作電流の小さい半導体レーザ装置を得ることができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図であり、図２はその製造工程を示す断面図である。

図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０３、量子井戸構造のＧａＩｎＰ系材料の活性層１０４、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１クラッド層１０５、ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６が順に積層された構造であり、エッチングストップ層１０６の上に、リッジ型ストライプのｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層１０８が形成されている。ｐ型クラッド層１０８の上にはｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０が形成されており、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型中間層１０９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０の側面を覆うようにｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７が形成されている。最上層には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１が形成されている。なお、ｐ型コンタクト層１１１の上にｐ側電極１１２が、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２の裏面にｎ側電極１０１がそれぞれ形成されている。

また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２の面方位とリッジ型ストライプ側面の面方位とのなす角度をαとしており、αは約９０°である。

次に図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０３、ＧａＡｓ系材料の活性層１０４、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１クラッド層１０５、ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層１０８（層厚１．２μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０を順次形成する。

なお、用いているｎ型ＧａＡｓ基板１０２は、基板方位が（００１）面から［１１０］方向に１０°傾斜したオフ角を有する傾斜基板である。

また、ＧａＡｓ系材料の活性層１０４は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系多重量子井戸構造の活性層であってもよい。

なお、本実施の形態では、ドライエッチング選択性確保のため、ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６を用いたが、ｐ型第２クラッド層よりＡｌ含有率が高いｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層をエッチングストップ層としてもよい。また、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含む多層構造としても構わない。

次に図２（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０上に、ＳｉＯ₂膜を形成した後、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、ＳｉＯ₂ストライプ１１３を形成する。次に、ＳｉＯ₂ストライプ１１３をマスクとして、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層１０８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０を、ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６に至るまでドライエッチングし、リッジ型ストライプを形成する。

ここでは、誘導結合型プラズマを用いて、ＳｉＣｌ₄とＡｒの混合ガスを用いてドライエッチングを行った。混合ガス中のＳｉ含有率１％、混合ガス圧力０．５Ｐａ、基板温度１２０℃の条件下でエッチングを行ったところ、リッジ裾にだれがない垂直形状が得られた。

ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２の面方位とリッジ型ストライプ側面の面方位とのなす角度αは９０°であることが望ましいが、８０°以上であれば、ストライプ上面の面積を十分確保できるため、電流注入時の電気抵抗が高くなるのを防止し、キンクレベルの低下を防止できる。

次に図２（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ＳｉＯ₂ストライプ１１３をマスクとして、選択的にｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７を成長させる。

ここで、本実施の形態で用いたｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７は、ＳｉＮやＳｉＯ₂などの誘電体膜であってもよい。ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７はＡｌを含有しているため、表面が酸化されやすく、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１のエピタキシャル再成長が難しいからである。

次に図２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ₂ストライプ１１３を除去した後、再度ＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１を成長させ、続いて蒸着法によりｐ側電極１１２、ｎ側電極１０１を形成する。

上記のように、ｐ型第２クラッド層１０８よりもＡｌ含有率が高いエッチングストップ層１０６を用いることで、ドライエッチングのみでリッジ型ストライプを形成することができ、対称性・垂直性の高いリッジ形状を得ることができる。また、Ａｌ含有率の高いエッチングストップ層を用いているため、光吸収による光特性の劣化が低減できる。

図３にＡｌＧａＩｎＰ系材料におけるドライエッチングレートのＡｌ含有率依存性を示す。ドライエッチング条件は上記の条件である。

図３からわかるように、Ａｌ含有率が増加するにつれてエッチングレートが低下する。

本実施の形態ではｐ型第２クラッド層１０８でｘ＝０．５、エッチングストップ層１０６でｘ＝１であるから、エッチング選択比は１．３〜１．４程度である。

このｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６の膜厚は、膜厚・エッチング深さばらつきが５％程度であったため１１ｎｍとした。ＡｌＩｎＰ層は高Ａｌ含有率によりバンドギャップが大きいため、層厚を大きくしても、光吸収ロスはない。しかしその反面、ＭＯＣＶＤ法による成長時間が長くなるため、量産性の観点からは、層厚は小さい方が好ましいことは言うまでもない。

また、エッチングストップ層としてｐ型ＡｌＩｎＰを用いる場合には、Ａｌ含有率を上げる代わりにＩｎ含有率を高くしてもよい。Ｉｎ塩化物の沸点が低いため、Ｉｎ含有率の増加に伴い、そのエッチングレートは低下し、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層１０８に対する選択比の確保が可能となる。Ｉｎ含有率を増加させるとｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６に＋側の歪（引っ張り歪）が加わるが、素子信頼性の観点から、歪量は＋１×１０^-3以内であることが望ましい。

なお、図４に示すように、本実施の形態で用いたｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６の下に、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１１４を形成した構造としてもよい。また、図５（ａ）に示すように、ＳｉＯ₂ストライプ１１３をマスクとして、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層１０８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０を、ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６に至るまでドライエッチングした後、図５（ｂ）に示すように、ウェットエッチングによりリッジ型ストライプ以外の領域のｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６を除去して、リッジ型ストライプを形成してもよい。ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１０６を除去することで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１のエピタキシャル再成長が容易となるからである。

なお、本実施の形態では、Ａｌ含有率が０．５であるＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系の赤外半導体レーザ装置を用いたが、本発明はＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系の赤色半導体レーザ装置、あるいはＡｌＧａＡｓ系の赤外半導体レーザ装置にも適用が可能であることは言うまでもない。

本発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ形状を正確に制御しつつ、リッジ側面の傾斜角を９０°に近づけられるため、リッジ上面の面積を十分確保でき、高出力が得られる半導体レーザ装置として有用である。

本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図 本発明の実施の形態の半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図 ＡｌＧａＩｎＰ系材料におけるドライエッチングレートのＡｌ含有率依存性を示す図 本発明の実施の形態における別の半導体レーザ装置の断面図 本発明の実施の形態における別の半導体レーザ装置の製造工程の途中を示す断面図 第１の従来技術における半導体レーザ装置の断面図 第１の従来技術における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図 第２の従来技術における半導体レーザ装置の断面図 第２の従来技術における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図 第３の従来技術における半導体レーザ装置の断面図 第３の従来技術における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図

符号の説明

１０１ ｎ側電極
１０２ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０３ ｎ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
１０４ ＧａＡｓ系材料の活性層
１０５ ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１クラッド層
１０６ ｐ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層
１０７ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
１０８ ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層
１０９ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１１０ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１１ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１２ ｐ側電極
１１３ ＳｉＯ₂ストライプ
１１４ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
５０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
５０３ ｎ型クラッド層
５０４ 量子井戸構造の活性層
５０５ ｐ型第１クラッド層
５０６ ｐ型エッチングストップ層
５０７ ｐ型クラッド層
５０９ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
５１０ ｎ型電流ブロック層
５１１ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５１３ リッジ型ストライプパターン
７０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
７０３ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
７０４ 量子井戸構造の活性層
７０５ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
７０６ ｐ型エッチングストップ層
７０７ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
７０９ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
７１０ 電流ブロック層
７１１ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７１３ リッジ型ストライプパターン
９０１ ｎ側電極
９０２ ｎ型ＧａＡｓ基板
９０３ ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
９０４ ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸構造活性層
９０５ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
９０６ ｐ型ＧａＡｓブロック層
９０７ ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
９０８ ｐ型ＧａＩｎＰヘテロ緩衝層
９０９ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
９１０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
９１１ ｐ側電極
９１３ ＳｉＯ₂ストライプ

Claims (5)

1. 基板方位が（００１）面から[１１０]方向に傾斜したオフ角を有する第１導電型半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第１クラッド層と、エッチングストップ層と、第２導電型の第２クラッド層とをこの順に備え、かつ前記第２導電型の第２クラッド層がストライプ状のリッジに形成されている半導体レーザ装置であって、
   前記エッチングストップ層は第２導電型の第２クラッド層よりＡｌ含有率が高く、
   前記リッジのストライプ方向に垂直な断面形状がほぼ左右対称であり、
   前記半導体基板の面方位と前記リッジ型ストライプ側面の面方位とのなす角度が８０°以上であり、
   前記エッチングストップ層及び前記第２導電型の第２クラッド層がＩｎをさらに含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記リッジの裾にだれが無いことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記エッチングストップ層のＩｎ含有率が、前記第２導電型の第２クラッド層のＩｎ含有率よりも高いことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
4. 前記エッチングストップ層はレーザ光を吸収しない程度のバンドギャップを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
5. 前記エッチングストップ層がＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。

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